Рисунок 10

Что интересно в этом последнем шаге - и что, возможно, запутало первоначальные выводы Лэшли - так это то, что эти проекции в различные области мозга, как полагают, облегчают копирование воспоминаний. Таким образом, СА3 действует как буфер, или хранилище, сохраняя воспоминания до тех пор, пока они не будут перенесены в другие области мозга. Для этого он реактивирует память в этих областях. Таким образом, гиппокамп помогает остальным частям мозга запоминать информацию, используя ту же стратегию, которую вы используете при подготовке к тесту: повторение. Многократно активируя одну и ту же группу нейронов в других областях мозга, гиппокамп дает этим нейронам возможность самим пройти процесс гебистского обучения. В конце концов их собственный вес изменится настолько, что память будет надежно сохранена.

Зная об этом хранилище памяти в мозге, исследователи могут изучить, как оно работает. В частности, они могут искать в нем аттракторы.

В 2005 году ученые из Университетского колледжа Лондона регистрировали активность клеток гиппокампа у крыс. Крысы привыкли находиться в двух разных вольерах - круглом и квадратном. Нейроны гиппокампа проявляли одну активность, когда они находились в круге, и другую, когда в квадрате. Тест на наличие аттракторов проводился, когда животное помещали в новую среду "сквирл", форма которой была чем-то средним между кругом и квадратом. Исследователи обнаружили, что если окружение было более квадратным, то нейронная активность переходила к паттерну, ассоциирующемуся с квадратом; если окружение было более круговым, то к паттерну, ассоциирующемуся с кругом. Важно отметить, что в ответ на промежуточное окружение не возникало никаких промежуточных представлений, только круг или квадрат. Это делает воспоминания о круге и квадрате аттракторами. Начальный входной сигнал, который не является в точности одним или другим, нестабилен; он неизбежно направляется к ближайшему установленному воспоминанию.

Сеть Хопфилда воплотила в жизнь теории Хебба и показала, как аттракторы - обычно изучаемые в физике - могут объяснить тайны памяти. Однако Хопфилд понимал, что математика не может быть реализована в реальных мозгах в реальных лабораториях. Он описывал свою модель как "простую пародию на сложности нейробиологии". Действительно, как творение физика, оналишена всего липкого богатства биологии. Но как пародия, способная к мощным вычислениям, она также предложила множество открытий - открытий, которые не ограничились простым хранением и запоминанием.

* * *

Вы ужинаете на кухне, когда домой возвращается ваш сосед по комнате. Увидев их, вы вспоминаете, что вчера вечером дочитали книгу, которую они вам одолжили, и хотите вернуть ее до того, как они уедут в командировку на следующий день. Поэтому вы откладываете еду, выходите из кухни и идете по коридору. Вы поднимаетесь по лестнице, поворачиваете, заходите в свою комнату и думаете: "Стоп, что я здесь делаю?".

Это ощущение встречается довольно часто. Настолько, что ему дали название: "дестинезия", или амнезия того, почему вы оказались там, где находитесь. Это сбой так называемой "рабочей памяти" - способности удерживать в голове идею даже в течение 10 секунд, необходимых для того, чтобы пройтись из комнаты в комнату. Рабочая память важна практически для всех аспектов познания: трудно принять решение или разработать план, если вы постоянно забываете, о чем думали.

Психологи изучают рабочую память уже несколько десятилетий. Сам термин впервые появился в книге "Планы и структура поведения", написанной в 1960 году Джорджем А. Миллером и его коллегами, работавшими в Центре перспективных исследований в области поведенческих наук в Калифорнии. Однако концепция была изучена задолго до этого. Действительно, сам Миллер написал одну из самых влиятельных работ на эту тему четырьмя годами ранее, в 1956 году. Возможно,, предвидя свою славу, Миллер дал статье дерзкое название "Магическое число семь, плюс или минус два". Под этим магическим числом подразумевается количество предметов, которые человек может удерживать в своей рабочей памяти в любой момент времени.

Пример оценки: 1) покажите участнику несколько цветных квадратов на экране; 2) попросите его подождать некоторое время - от нескольких секунд до нескольких минут; 3) затем покажите ему второй набор цветных квадратов. Задача испытуемого - указать, совпадают ли цвета второго набора с цветами первого. Люди хорошо справляются с этим заданием, если количество показываемых квадратов остается небольшим, достигая почти 100-процентной точности при показе только одного квадрата. При добавлении большего количества квадратов производительность падает и падает, пока после семи она почти не отличается от случайного угадывания. Вопрос о том, действительно ли семь - это особая величина, когда речь идет о таком виде рабочей памяти, остается открытым: некоторые исследования показывают более низкие пределы, некоторые - более высокие. Однако несомненно, что статья Миллера произвела впечатление, и с тех пор психологи работают над тем, чтобы охарактеризовать практически все аспекты рабочей памяти - от того, что в ней может храниться, до того, как долго она может работать.

Но остается открытым вопрос, как именно мозг это делает: где и каким образом хранятся рабочие воспоминания? Проверенный метод ответа на такие вопросы - эксперименты с поражением - указывает на префронтальную кору, большую часть мозга, расположенную сразу за лбом. Будь то люди с неудачными травмами или лабораторные животные с удаленной областью, было ясно, что повреждение префронтальной коры существенно снижает рабочую память. Без нее животныенемогутудерживать мысль дольше секунды или двух. Мысли и переживания проходят через их сознание, как вода через сжатые ладони.

Отметив место "Х", неврологи начали копать. Опустив электрод в префронтальную кору обезьян, в 1971 году исследователи из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе подслушивали нейроны, находящиеся там. Ученые, Хоакин Фустер и Гарретт Александер, делали это, пока животные выполняли задание, похожее на тест на запоминание цвета. Эти тесты известны как задания с "отсроченным ответом", поскольку включают период задержки, в течение которого важная информация отсутствует на экране и должна быть удержана в памяти. Возник вопрос: что делают нейроны в префронтальной коре во время этой задержки?

Большинство областей мозга, отвечающих за зрение, стереотипно реагируют на подобные задачи: нейроны сильно реагируют, когда узоры на экране появляются вначале, а затем снова, когда они появляются после задержки, но в период задержки - когда в мозг не поступает никаких зрительных сигналов - эти области в основном молчат. Для этих нейронов "вне поля зрения" действительно означает "вне сознания". Однако Фастер и Александр обнаружили, что клетки в префронтальной коре были другими. Нейроны, реагировавшие на визуальные паттерны, продолжали работать даже после того, как паттерны исчезали; то есть они сохраняли свою активность в течение периода задержки. Физическая сигнатура рабочей памяти в действии!

префронтальной коре, так и за ее пределами. Эксперименты также намекнули, что, когда эти паттерны стрельбы выходят из строя, рабочая память нарушается. В некоторых экспериментах, например, кратковременная электрическая стимуляция в период задержки может нарушить текущую активность, что приводит к снижению производительности в задачах на отсроченный ответ.

Что такого особенного в этих нейронах, что они могут это делать? Почему они могут удерживать информацию и поддерживать ее в течение нескольких секунд или минут, в то время как другие нейроны ее пропускают? Для такой устойчивой работы нейронам обычно нужен устойчивый вход. Но если активность задержки возникает без какого-либо внешнего входа в виде изображения, то этот постоянный вход должен поступать от соседних нейронов. Таким образом, активность задержки может генерироваться только сетью нейронов, работающих вместе, и связи между ними сговариваются, чтобы поддерживать активность. Именно здесь снова вступает в игру идея аттракторов.

До сих пор мы рассматривали аттракторы в сетях Хопфилда, которые показывают, как входные сигналы оживляют память. Может быть, не совсем понятно, как это помогает в работе с рабочей памятью. В конце концов, рабочая память - это все о том, что происходит после зажигания; после того как вы встали, чтобы взять книгу соседа по комнате, как вам удастся удержать эту цель в памяти? Однако, как выяснилось, аттрактор - это именно то, что нужно в данной ситуации, потому что аттрактор остается на месте.

Аттракторы определяются производными. Если мы знаем, какие входы получает нейрон и на какие веса умножаются эти входы, мы можем записать уравнение - производную, - описывающее, как активность нейрона будет меняться со временем под воздействием этих входов. Если эта производная равна нулю, это означает,активность нейрона не меняетсявременем; он просто продолжает работать с той же постоянной скоростью. Вспомните, что, поскольку этот нейрон является частью рекуррентной сети, он не только получает входные данные, но и служит входом для других нейронов. Так, его активность направлена на вычисление производной соседнего нейрона. Если ни один из входов соседнего нейрона не меняется - то есть все их производные также равны нулю, - то и у него будет нулевая производная, и он будет продолжать срабатывать с той же скоростью. Когда сеть находится в состоянии аттрактора, производная каждого нейрона в этой сети равна нулю.