что составляет основу физической памяти в психологии

Физиологические основы памяти.

Запоминание материала, его сохранение и последующее воспроизведение — одно из удивительных свойств нашего мозга. Недаром И. М. Сеченов называл память «едва ли не самым важным чудом животной и особенно человеческой организации».
Возбуждения, идущие в мозг от внешних и внутренних раздражителей, оставляют «следы» в нем, которые могут сохраняться долгие годы (иногда всю жизнь). В коре полушарий как бы проторяются пути для возбуждений, вследствие чего нервные связи в дальнейшем возникают легче и быстрее.
Связи, сохраняются и оживают, если возбуждения повторяются» или: угасают, если возбуждения не повторяются. В последнем случае усвоенное забывается. Образование и сохранение временных связей и составляет физиологическую основу памяти.

Все опыты показывают, что формирование известного следа еще не означает, что этот след упрочен, консолидирован, и для консолидации следа необходимо известное время, которое зависит от ряда факторов (в том числе от индивидуальных особенностей) и которое можно измерить. Исследование консолидации следов является одним из важных достижений психофизиологии. Оно дало возможность выделить две стадии процесса формирования памяти, которые далее начали обозначаться терминами «кратковременная память» (под которой понималась стадия, когда следы образовались, но еще не упрочились) и «долговременная память» (под которой понималась стадия, когда следы не только образовались, но настолько упрочились, что могли существовать длительное время и сопротивляться нарушающему влиянию побочных воздействий). Разделение «кратковременной» и «долговременной» памяти, несмотря на условность, поставило психофизиологию перед дальнейшими вопросами, и прежде всего перед вопросом о физиологических механизмах обоих видов памяти.
Мгновенная память определяется процессами, происходящими в периферическом отделе анализатора (в рецепторах). Информация там хранится очень недолго – от долей до нескольких секунд. Тем не менее этот процесс лежит в основе деятельности кино и телевидения. Дело в том, что человек в кинотеатре видит не одно непрерывное изображение, а череду неподвижных картинок. Каждое последующее изображение накладывается на память о предыдущей, в результате чего создается иллюзия движения. В основе кратковременнойпамяти лежит циклическое вращение импульсов в нейронных цепях. Электрический сигнал, попавший в такую ловушку, может какое-то время циркулировать в ней, пока его не сотрет следующий импульс.

Длительность хранения информации здесь – от нескольких секунд до нескольких минут. Поэтому, получив важную информацию, желательно перенести ее на материальный носитель – бумагу или электронный блокнот, чтобы обезопасить ее от возможной потери. Объем кратковременной памяти – 7 ± 2 единиц информации, причем не имеет значения, что понимается под единицей информации – буква или слово. Если человеку приходится запоминать массу информации, он может укрупнять единицы информации объединять в блоки, расширяя таким образом емкость своей памяти.

Большая часть информации из кратковременной памяти стирается, но какое-то ее количество переходит в оперативную память.Переход ее из кратковременной в оперативную называется консолидацией. Этому процессу способствуют определенные условия: важность информации для субъекта, неоднократное повторение информации, яркость, необычность информации, а также наличие эмоций при этом.

В оперативной памяти информация хранится от нескольких минут до нескольких часов (суток), чаще всего один день – от пробуждения до сна, после чего одна часть ее переходит в долговременную память, а другая – стирается. Срок хранения информации в оперативной памяти связан с задачей, стоящей перед человеком. При этом логическая обработка информации, поступившей за день, происходит во время «медленного» сна, а перевод ее в долговременную память – во время «быстрого» сна.

Долговременная памятьможет хранить информацию как угодно долго – на протяжении всей жизни человека. Этот процесс осуществляется при участии специфических белков памяти и нуклеиновых кислот. В настоящее время имеется гипотеза, что функционирование информации в этом виде памяти связан с изменением структуры нервных клеток и их электрических контактов – синапсов.

В функционировании памяти человека участвуют различные структуры анализаторов и центральной нервной системы. Возникновение сенсорных следов информации происходит в рецепторных системах анализаторов.

В таламусе происходит отфильтровывание лишней (повторяющейся) информации. В сенсорной коре начинается этап формирования кратковременной памяти путем структурирования поступающей информации. В ассоциативной коре с учетом оперативных задач организма, а также биологических программ определяется та информация, которая будет храниться в течение суток или переведена в долговременную память. Большую роль в процессах памяти играет гиппокамп, который может избирательно усиливать запоминание тех событий, которые имеют биологически важное значение

II. Процессы памяти. Условия, способствующие успешному хранению информации.

Память человека не является постоянной, а изменяется в течение жизни. Рассмотрим типичные изменения, происходящие в памяти по мере социализации индивида. С раннего детства процесс развития памяти ребенка идет по нескольким направлениям. Во-первых, начинают действовать аффективная (эмоциональная) и механическая (моторная, двигательная) память, которая постепенно дополняется и замещается логической и образной. Во-вторых, непосредственное запоминание со временем превращается в опосредствованное, связанное с активным и осознанным использованием для запоминания и воспроизведения различных мнемотехнических приемов и средств. В-третьих, непроизвольное запоминание, доминирующее в детстве, у взрослого человека превращается в произвольное. Кроме того и сами средства-стимулы для запоминания подчиняются некоторой закономерности: сначала они выступают как внешние (например, завязывание узелков на память, использование для запоминания различных предметов, зарубок, пальцев рук, записей и т.п.), а затем становятся внутренними (речь, чувство, ассоциация, представление, образ, мысль). Характерно, что в формировании внутренних средств запоминания центральная роль принадлежит речи, которая также из чисто внешней функции общения все больше превращается во внутреннюю.

Процессы памяти тесным образом связаны с особенностями личности, его эмоциональным настроем, интересами и потребностями. Они определяют то, что и как человек запоминает, хранит и припоминает. То, что интересно и эмоционально значимо, запоминается лучше.

В эпизодической памяти хранится вся информация о различных событиях нашей жизни. По сути своей эта память автобиографична. Что касается семантической памяти, то она включает все те структуры, которые свойственны данной культуре и позволяют познавать мир. Кроме того, в семантической памяти хранятся правила, лежащие в основе языка и различных умственных операций. Таким образом, семантическая память служит своего рода каркасом для событий текущей жизни, которые хранятся в эпизодической памяти. Так, благодаря семантической памяти мы знаем, что такое экзамен, друг, отрочество или справедливость вообще, как понятия, но когда мы имеем дело с конкретными проявлениями этих понятий в нашей жизни, это отображается уже в эпизодической памяти.

Несмотря на различие этих двух функций памяти, они дополняют друг друга и в различной степени обе определяют, как будет организована информация для хранения в памяти. Для долговременного хранения, как в архиве, требуется такая организация, которая позволяла бы не только классифицировать, но и быстро извлекать информацию. Можно выделить несколько способов “укладки” информации в памяти; они зависят от сложность и других особенностей запоминаемого материала.

Можно думать, однако, что оптимальную деятельность семантической памяти обеспечивает иерархическая организация. При такой организации мы относим каждый элемент к тому или иному уровню в зависимости от того, соответствует ли он какой-то общей или более специальной категории. Например, воробей сначала относится к категории “птиц” (т.е. не рыб и не млекопитающих), затем учитывается, что он маленький, серый и не умеет петь (в отличие, скажем, от канарейки, которая тоже относится к птицам, но желтого цвета и петь умеет).

Более поздние исследования, однако, показали, что память не всегда организована столь рационально по принципу “от общего к частному” (как организованы, например, науки). Так, было обнаружено, что если испытуемые быстрее воспринимают утверждение типа “собака-животное”, чем “собака-млекопитающее”, то они, напротив, дольше анализируют фразу “канарейка-животное”, чем “канарейка-птица”. Из этого ясно, что форма иерархической организации в значительной степени зависит от большей или меньшей привычности тех или иных понятий, а также от информации, накопленной в эпизодической памяти.

То, что человек запомнил, мозг хранит более или мене длительное время. Сохранение как процесс памяти имеет свои закономерности. Установлено, что сохранение может быть динамическим и статическим. Динамическое сохранение проявляется, в оперативной памяти, а статическое — в долговременной. При динамическом сохранении материал изменяется мало, при статическом, наоборот, он обязательно подвергается реконструкции, переработке.

О сохранении информации и ее видоизменении можно судить только по следующим двум процессам памяти — узнаванию и воспроизведению.

На все это, разумеется, наслаивается содержимое эпизодической памяти, в которой хранятся те события, что происходили в момент кодирования искомых элементов, или те воспоминания о прошлом, которые в то время возникали.

III. Виды памяти.

Существует несколько оснований для классификации видов человеческой памяти. Одно из них — деление памяти по времени сохранения материала, другое — по преобладающему в процессах запоминания, сохранения и воспроизведения материала анализатору. В первом случае выделяют мгновенную, кратковременную, оперативную, долговременную и генетическую память. Во втором случае говорят о двигательной, зрительной, слуховой, обонятельной, осязательной, эмоциональной и других видах памяти. Рассмотрим и дадим краткое определение основным из названных видов памяти.
Мгновенная, или иконическая, память связана с удержанием точной и полной картины только что воспринятого органами чувств, без какой бы то ни было переработки полученной информации. Эта память — непосредственное отражение информации органами чувств. Ее длительность от 0,1 до 0,5 с. Мгновенная память представляет собой полное остаточное впечатление, которое возникает от непосредственного восприятия стимулов. Это — память-образ.
Кратковременная память представляет собой способ хранения информации в течение короткого промежутка времени. Длительность удержания мнемических следов здесь не превышает нескольких десятков секунд, в среднем около 20 (без повторения). В кратковременной памяти сохраняется не полный, а лишь обобщенный образ воспринятого, его наиболее существенные элементы. Эта память работает без предварительной сознательной установки на запоминание, но зато с установкой на. последующее воспроизведение материала. Кратковременную память характеризует такой показатель, как объем. Он в среднем равен от 5 до 9 единиц информации и определяется по числу единиц информации, которое человек в состоянии точно воспроизвести спустя несколько десятков секунд после однократного предъявления ему этой информации.
Кратковременная память связана с так называемым актуальным сознанием человека. Из мгновенной памяти в нее попадает только та информация, которая сознается, соотносится с актуальными интересами и потребностями человека, привлекает к себе его повышенное внимание.
Оперативной называют память, рассчитанную на хранение информации в течение определенного, заранее заданного срока, в диапазоне от нескольких секунд до нескольких дней. Срок хранения сведений этой памяти определяется задачей, вставшей перед человеком, и рассчитан только на решение данной задачи. После этого информация может исчезать из оперативной памяти. Этот вид памяти по длительности хранения информации и своим свойствам занимает промежуточное положение между кратковременной и долговременной.
Долговременная — это память, способная хранить информацию в течение практически неограниченного срока. Информация, попавшая в хранилища долговременной памяти, может воспроизводиться человеком сколько угодно раз без утраты. Более того, многократное и систематическое воспроизведение данной информации только упрочивает ее следы в долговременной памяти. Последняя предполагает способность человека в любой нужный момент припомнить то, что когда-то было им запомнено. При пользовании долговременной памятью для припоминания нередко требуется мышление и усилия воли, поэтому ее функционирование на практике обычно связано с двумя этими процессами.
Генетическую память можно определить как такую, в которой информация хранится в генотипе, передается и воспроизводится по наследству. Основным биологическим механизмом запоминания информации в такой памяти являются, по-видимому, мутации и связанные с ними изменения генных структур. Генетическая память у человека — единственная, на которую мы не можем оказывать влияние через обучение и воспитание.
Зрительная память связана с сохранением и воспроизведением зрительных образов. Она чрезвычайно важна для людей любых профессий, особенно для инженеров и художников. Хорошей зрительной памятью нередко обладают люди с эйдетическим восприятием, способные в течение достаточно продолжительного времени «видеть» воспринятую картину в своем воображении после того, как она перестала воздействовать на органы чувств. В связи с этим данный вид памяти предполагает развитую у человека способность к воображению. На ней основан, в частности, процесс запоминания и воспроизведения материала: то, что человек зрительно может себе представить, он, как правило, легче запоминает и воспроизводит.
Слуховая память — это хорошее запоминание и точное воспроизведение разнообразных звуков, например музыкальных, речевых. Она необходима филологам, людям, изучающим иностранные языки, акустикам, музыкантам. Особую разновидность речевой памяти составляет словесно-логическая, которая тесным образом связана со словом, мыслью и логикой. Данный вид памяти характеризуется тем, что человек, обладающий ею, быстро и точно может запомнить смысл событий, логику рассуждений или какого-либо доказательства, смысл читаемого текста и т.п. Этот смысл он может передать собственными словами, причем достаточно точно. Этим типом памяти обладают ученые, опытные лекторы, преподаватели вузов и учителя школ.
Двигательная память представляет собой запоминание и сохранение, а при необходимости и воспроизведение с достаточной точностью многообразных сложных движений. Она участвует в формировании двигательных, в частности трудовых и спортивных, умений и навыков. Совершенствование ручных движений человека напрямую связано с этим видом памяти.
Эмоциональная память — это память на переживания. Она участвует в работе всех видов памяти, но особенно проявляется в человеческих отношениях. На эмоциональной памяти непосредственно основана прочность запоминания материала: то, что у человека вызывает эмоциональные переживания, запоминается им без особого труда и на более длительный срок.
Осязательная, обонятельная, вкусовая и другие виды памяти особой роли в жизни человека не играют, и их возможности по сравнению со зрительной, слуховой, двигательной и эмоциональной памятью ограничены. Их роль в основном сводится к удовлетворению биологических потребностей или потребностей, связанных с безопасностью и самосохранением организма.
По характеру участия воли в процессах запоминания и воспроизведения материала память делят на непроизвольную и произвольную. В первом случае имеют в виду такое запоминание и воспроизведение, которое происходит автоматически и без особых усилий со стороны человека, без постановки им перед собой специальной мнемической задачи (на запоминание, узнавание, сохранение или воспроизведение). Во втором случае такая задача обязательно присутствует, а сам процесс запоминания или воспроизведения требует волевых усилий.
Непроизвольное запоминание не обязательно является более слабым, чем произвольное, во многих случаях жизни оно превосходит его. Установлено, например, что лучше непроизвольно запоминается материал, который является объектом внимания и сознания, выступает в качестве цели, а не средства осуществления деятельности. Непроизвольно лучше запоминается также материал, с которым связана интересная и сложная умственная работа и который для человека имеет большое значение. Показано, что в том случае, когда с запоминаемым материалом проводится значительная работа по его осмыслению, преобразованию, классификации, установлению в нем определенных внутренних (структура) и внешних (ассоциации) связей, непроизвольно он может запоминаться лучше, чем произвольно. Это особенно характерно для детей дошкольного и младшего школьного возраста.

Источник

Механизмы и принципы работы памяти головного мозга человека

Поводом написания данной статьи послужила публикация материала американских неврологов на тему измерения емкости памяти головного мозга человека, и представленная на GeekTimes днем ранее.

В подготовленном материале постараюсь объяснить механизмы, особенности, функциональность, структурные взаимодействия и особенности в работе памяти. Так же, почему нельзя проводить аналогии с компьютерами в работе мозга и вести исчисления в единицах измерения машинного языка. В статье используются материалы взятые из трудов людей, посвятившим жизнь не легкому труду в изучении цитоархитектоники и морфогенетике, подтвержденный на практике и имеющие результаты в доказательной медицине. В частности используются данные Савельева С.В. учёного, эволюциониста, палеоневролога, доктора биологических наук, профессора, заведующего лабораторией развития нервной системы Института морфологии человека РАН.

Прежде, чем преступить к рассмотрению вопроса и проблемы в целом, мы сформулируем базовые представления о мозге и сделаем ряд пояснений, позволяющих в полной мере оценить представленную точку зрения.

Первое что вы должны знать: мозг человека — самый изменчивый орган, он различается у мужчин и женщин, расовому признаку и этническим группам, изменчивость носит как количественный (масса мозга) так и качественный (организация борозд и извилин) характер, в различных вариациях эта разница оказывается более чем двукратной.

Второе: мозг самый энергозатратный орган в человеческом организме. При весе 1/50 от массы тела он потребляет 9% энергии всего организма в спокойном состоянии, например, когда вы лежите на диване и 25% энергии всего организма, когда вы активно начинаете думать, огромные затраты.

Третье: в силу большой энергозатраты мозг хитер и избирателен, любой энергозависимый процесс невыгоден организму, это значит, что без крайней биологической необходимости такой процесс поддерживаться не будет и мозг любыми способами старается экономить ресурсы организма.

Вот, пожалуй, три основных момента из далеко не полного списка особенностей мозга, которые понадобится при анализе механизмов и процессов памяти человека.

Что же такое память? Память – это функция нервных клеток. У памяти нет отдельной, пассивной эноргонезатратной локализации, что является излюбленной темой физиологов и психологов, сторонников идеи нематериальных форм памяти, что опровергается печальным опытом клинической смерти, когда мозг перестает получать необходимое кровоснабжение и примерно через 6 минут после клинической смерти начинаются необратимые процессы и безвозвратно исчезают воспоминания. Если бы у памяти был энергонезависимый источник она могла бы восстановиться, но этого не происходит, что означает динамичность памяти и постоянные энергозатраты на ее поддержание.

Важно знать, что нейроны, определяющие память человека, находятся преимущественно в неокортоксе. Неокортекс содержит порядка 11млрд. нейронов и в разы больше глии. (Глия – тип клеток нервной системы. Глия является средой для нейронов глиальные клетки служат опорным и защитным аппаратом для нейронов. Метаболизм глиальных клеток тесно связан с метаболизмом нейронов, которые они окружают.

Глии, связи нейронов:

Хорошо известно, что в памяти информация хранится разное время, существуют такие понятия как долговременная и кратковременная память. События и явления быстро забываются, если не обновляются и не повторяются, что очередное подтверждение динамичности памяти. Информация определенным образом удерживается, но в отсутствии востребованности исчезает.

Как говорилось ранее, память – энергозависимый процесс. Нет энергии – нет памяти. Следствием энергозависимости памяти является нестабильность ее содержательной части. Воспоминания о прошедших событиях фальсифицируются во времени вплоть до полной неадекватности. Счета времени у памяти нет, но его заменяет скорость забывания. Память о любом событии уменьшается обратно пропорционально времени. Через час забывается ½ от всего попавшего в память, через сутки – 2/3, через месяц – 4/5.

Рассмотрим принципы работы памяти, исходя из биологической целесообразности результатов ее работы. Физические компоненты памяти состоят из нервных путей, объединяющих одну или несколько клеток. В них входят зоны градуального и активного проведения сигналов, различные системы синапсов и тел нейронов. Представим себе событие или явление. Человек столкнулся с новой, но достаточно важной ситуацией. Через определенные сенсорные связи и органы чувств человек получил различную информацию, анализ события завершился принятием решения. При этом человек доволен результатом. В нервной системе осталось остаточное возбуждение – движение сигналов по сетям, которые использовались при решении проблемы. Это так называемые «старые цепи» существовавшие до ситуации с необходимостью запоминать информацию. Поддержания циркуляции разных информационных сигналов в рамках одной структурной цепи крайне энергозатратно. Потому сохранение в пямяти новой информации обычно затруднительно. Во время повторов или схожих ситуациях могут образоваться новые синаптические связи между клетками и тогда полученная информация запомнится на долго. Таким образом, запоминание – это сохранение остаточной активности нейронов участка мозга.

Память мозга – вынужденная компенсаторная реакция нервной системы. Любая информация переходит во временное хранение. Поддержка стабильности кратковременной памяти и восприятия сигналов от внешнего энергетически крайне затратна, к тем же клеткам приходят новые возбуждающие сигналы и, накапливаются ошибки передачи и происходит перерасход энергетических ресурсов. Однако ситуация не так плоха, как выглядит. Нервная система обладает долговременной памятью. Зачастую она так трансформирует реальность, что делает исходные объекты неузнаваемыми. Степень модификации хранимого в памяти объекта зависит от времени хранения. Память сохраняет воспоминания, но изменяет их так, как хочется обладателю. В основе долговременной памяти лежат простые и случайные процессы. Дело в том, что нейроны всю жизнь формируют и разрушают свои связи. Синапсы постоянно образуются и исчезают. Довольно приблизительные данные говорят о том, что этот процесс спонтанного образования одного нейронного синапса может происходить у млекопитающих примерно 3-4 раза в 2-5 дней. Несколько реже происходит ветвление коллатералей, содержащих сотни различных синапсов. Новая полисинаптическая коллатераль формируется за 40-45 дней. Поскольку эти процессы происходят в каждом нейроне, вполне можно оценить ежедневную емкость долговременной памяти для любого из животных. Можно ожидать, что в коре мозга человека ежедневно будет образовываться около 800 млн. новых связей между клетками и примерно столько же будет разрушено. Долговременным запоминанием является включение в новообразованную сеть участков с совершенно не использованными, новообразованными контактами между клетками. Чем больше новых синаптических контактов участвует в сети первичной (кратковременной) памяти, тем больше у этой сети шансов сохраниться надолго.

Запоминание и забывание информации. Кратковременная память образуется на основании уже имеющихся связей. Её появление обозначено оранжевыми стрелками на фрагменте б. По одним и тем же путям циркулируют сигналы, содержащие как старую (фиолетовые стрелки), так и новую (оранжевые стрелки) информацию. Это приводит к крайне затратному и кратковременному хранению новой информации на базе старых связей. Если она не важна, то энергетические затраты на её поддержание снижаются и происходит забывание. При хранении «кратковременной», но ставшей нужной информации образуются новые физические связи между клетками по фрагментам а-б-в. Это приводит к долговременному запоминанию на основании использования вновь возникших связей (жёлтые стрелки). Если информация долго остаётся невостребованной, то она вытесняется другой информацией. При этом связи могут прерываться и происходит забывание по фрагментам в-б-а или в-a (голубые стрелки).»

Из выше сказанного ясно, что мозг динамическая структура, постоянно перестраивается и имеет определенные физиологические пределы, так же мозг чрезмерно энергозатратный орган. Мозг не физиологичен, а морфогенетичен, потому его активности некорректно и неправильно измерять в системах, используемых и применимых в информационных технологиях. Из за индивидуальной изменчивости мозга не представляется возможным делать какие либо выводы обобщающие различные функциональные показатели мозга человека. Математические методы так же не применимы в расчете структурного взаимодействия в работе мозга человека, из за постоянного изменения, взаимодействия и перестраивания нервных клеток и связей между ними, что в свою очередь доводит до абсурда работу американских ученых в исследовании емкости памяти головного мозга человека.

Источник