Пам’ять. Частина перша.

Чи вивчаємо ми процеси регенерації (відновлення тканини в живих організмах), або складні поведінкові акти бджіл або мурах, які будують свої житла, чи намагаємося розкрити алгоритми поведінки мавпи, яка нагромаджує ящики один на інший, щоб вже з них дотягнутися до банана – всюди ми стикаємося з циклом процесів: сприйняття інформації, її фіксації, збереження і відтворення. Цей комплекс процесів, що дозволяє живим істотам розбиратися в подіях, що відбуваються у зовнішньому середовищі, називається пам’яттю. Існує велика кількість різних визначень пам’яті, але ми приймемо таке не дуже складне і не дуже заплутане визначення, запропоноване Е. Н. Соколовим: система має пам’ять, якщо вона містить в собі деяку інформацію про сигнал після того, як сигнал перестав діяти.

Визначити, чи володіє дана кібернетична система пам’яттю, ми можемо, з’ясувавши, чи здатна вона до впізнавання і відтворення. Пам’ять проявляється у впізнаванні і відтворенні.

Впізнавання образів – це той прояв пам’яті, який зазвичай пов’язаний зі сприйняттям. Говорячи схематично, інформація з рецепторів надходить по каналу в блок, де визначається ступінь її новизни, – це блок порівняння тільки що сприйнятої інформації та інформації, накопиченої раніше! Впізнавання і є результат цього порівняння. Відтворення ж може відбуватися поза процесом сприйняття. Скрипаль може напам’ять зіграти знайому йому п’єсу; закривши очі, ви можете відтворити обличчя знайомої вам людини, вид вашої кімнати.

Сприйняття інформації та її фіксація – це умова її збереження в пам’яті, а впізнавання і відтворення – це виявлення того, що дана інформація збереглася в пам’яті.

Проблема вивчення пам’яті, її механізмів є зараз однією з найактуальніших проблем у фізіології і кібернетиці. В цьому напрямку проведено і проводиться велика кількість досліджень. Про деякі з них ми і розповімо в цій статті. Вченими вже виявлено, що, хоча і немає специфічних відділів мозку, відповідальних за процес запам’ятовування, певні його області грають різну роль у цьому складному процесі.

Велике враження справили свого часу досліди Лешлі, що навчався щурів складній системі навичок. Після того як щур набував певні навички, у нього видаляли різні відділи мозку. Було відмічено, що погіршення пам’яті залежить від величини видаленої ділянки, а не від того, яка саме ділянка видалялась.

Однак інші вчені отримали факти, які вказують на специфічну роль деяких відділів мозку в процесі запам’ятовування. Так, наприклад, Джаопер і Пепфілд показали, що в скроневій частині великих півкуль кори головного мозку людини знаходяться відділи, роздратування яких електричним струмом викликає у людей певні спогади.

Дуже цікаві досліди, в яких було доведено, що запам’ятовування інформації може проходити в одному з півкуль головного мозку. Експерименти проводилися наступним чином: перерізали пучок волокон, що з’єднують обидві півкулі, а тварин навчали через один рецептор при відключенні іншого (скажімо, одного ока). Якщо пучок волокон, що з’єднують обидві півкулі, перерізали до навчання, то друга півкуля (з відключеним рецептором) не піддається навчанню. Якщо ж розсічення пучка вироблялося після навчання, то обидві півкулі були навчені.

Всі ці експерименти мають величезний інтерес, але, на жаль, ще не розкривають механізму фіксації інформації у мозку. Нам же важливо знати, як в потрібний нам момент у величезній картотеці мозку відбувається швидка вибірка необхідних відомостей. Отже, проблему механізмів пам’яті можна визначити як проблему отримання інформації, збереження і відтворення її на різних рівнях. Адже пам’ять можна зв’язати і з поведінкою людини в суспільстві, і з організацією нервової тканини (нервовими мережами), і з функцією окремого нейрона або живої протоплазми, і, нарешті, з молекулярними процесами.

Ми є свідками того, як наука про пам’ять в останні роки зробила крок на молекулярний рівень дослідження. Передумовою для цього стали нові кібернетичні дослідження, які показали, що в складних білкових молекулах може бути записано величезна кількість інформації (це пов’язано з наявністю безлічі варіантів структур молекули). На основі теорії інформації можна підрахувати кількість інформації, яку здатна зберігати кожна молекула.

Ці теоретичні висновки несподівано були підтверджені дослідом. У хробаків планарій вироблявся оборонний умовний рефлекс, пов’язаний з подразненням їх електричним струмом. Після такого запам’ятовування черв’яків подрібнювали в ступці і отриманою масою годували ненавчених планарій. Виявилося, що після цього друга група черв’яків «навчалася» – виробляла оборонний рефлекс значно швидше, ніж перша. Треба підкреслити, що черв’яки подрібнювалися дуже ретельно і про збереження будь-яких клітинних структур не могло бути й мови. Отже, передача інформації від першої групи до другої, мабуть, відбувалася на молекулярному рівні.

Зараз ще важко судити про розумність досліджень проблеми пам’яті на якомусь одному з перерахованих рівнів. Тут, ймовірно, як і всюди, необхідно враховувати взаємодію процесів, що протікають на різних рівнях. Так, цілком можливо припустити, що інформація, записана на молекулярному рівні, зберігається в системах гліальних клітин, що знаходяться між нейронними, а нервові мережі беруть участь в класифікації інформації при її запам’ятовуванні і в процесах вибірки і передачі інформації.

У розробці проблеми пам’яті велике значення в даний час набуває кібернетичний аспект дослідження. Роботами Кліні було показано, що складні події можуть бути відображені в певних конструкціях елементів. Таким чином, виникає гіпотеза про те, що запис інформації може здійснюватися в системах певним чином з’єднаних клітин. Ці конструкції виникають в процесі навчання за рахунок формування зв’язків між клітинами.

Ця гіпотеза в чомусь збігається з концепцією І. П. Павлова. В даний час ведуться роботи по створенню теорії асоціативної пам’яті. Ця теорія, оперуючи поняттями абстрактних нейронів, намагається пояснити не тільки, як запам’ятовується інформація, але і як вона відшукується в потрібний час.

Ось один з цікавих прикладів робіт кібернетиків. Кілька років тому в Московському енергетичному інституті групою Ю. Кушелева були розпочаті роботи по вивченню навчаючих матриць. Матриці, інакше кажучи, сітки, представляли собою складну структуру, що складається з великого числа «нервових клітин», між якими могли утворитися нові зв’язки. Принцип побудови такої «нервової мережі» повинен був пояснити, як у головному мозку людини може відбиратися, запам’ятовуватися і використовуватися в потрібний час інформація, необхідна їй для формування доцільної поведінки.

Звичайно, при побудові подібної матриці були використані тільки моделі нервових клітин – роль нейронів виконували в даному випадку феромагнітні і напівпровідникові реле. Але і за допомогою таких «формальних нейронів» виявилося можливим перевірити багато істин, характерних для нейронів справжніх.

Безперечно, побудова моделі нервових мереж ще не вирішує питання про механізми роботи мозку. Але роль теорії «нервових мереж» можна порівняти з роллю, яку відіграє, наприклад, геометрія в будівництві мостів. Геометрія не дає, як відомо, ні сталі, ні бетону. Але тим не менше міст без врахування її законів побудувати неможливо.

Далі буде.

Автори: А. Напалков, А. Туров.