Физиология высшей нервной деятельности. Память.

Организация целенаправленной деятельности человека, т.е. поведение, невозможно как без

обучения, так и хранения в памяти программ приобретенного в процессе обучения поведения

и знаний.

ПАМЯТЬ – это процесс запечатления, хранения и извлечения информации.

Формы биологической памяти:

• генетическая,

• психонервная.

Психонервная память связана с пластичностью нервной системы, т.е. способностью изменяться и сохранять следы воздействия.

Память подразделяется на логически-смысловую и чувственно-образную (зрительную, слуховую, моторную и т.д.).

По длительности хранения информации ее подразделяют на:

• мгновенную (сенсорный отпечаток),

• кратковременную,

• промежуточную,

• долговременную.

Мгновенная хранит отпечаток информации доли секунды. Она представляет собой сенсорный отпечаток информации в корковом звене анализатора – зрительном, слуховом, обонятельном и др.

Это точная копия картины мира. Она удерживается не более 0,5 с.

Потом информация стирается (через 0,15 с) или переводится на дальнейшую обработку.

Сенсорный отпечаток не подвержен сознательному анализу.

Кратковременная память хранит информацию от нескольких секунд до 2 мин. Хранит от 5 до 9 единиц информации. Новая информация стирает старую.

Кратковременная память основана на циркуляции информации по нейронным ловушкам. Они выявлены во всех долях КБП (нейроны 2-го слоя), есть в ЛС (большой и малый круги Папеца), между теменной долей и таламусом.

Любые вмешательства в синаптическую передачу нейронных ловушек ведут к нарушению кратковременной памяти (электрошок, наркоз, охлаждение, препараты). Считают, что кратковременная память связана с фосфорилированием ряда белков в нейронах в ответ на их стимуляцию, что приводит к изменению «силы» синапсов, т.е. она опосредуется фосфорилированием некоторых уже существующих белков и укреплением имеющихся синаптических связей. По мере того как модифицированные белки выводятся из оборота, событие забывается.

Промежуточная.

Информация хранится от нескольких минут до нескольких часов. Затем может переходить в долговременную. Механизм возможно связан с активацией метаботропных рецепторов постсинаптической мембраны и образованием вторичных посредников, изменяющих биохимические реакции клетки.

Долговременная память

может хранить информацию недели, месяцы, годы. Механизмы долговременной памяти связаны с формированием нейронной сети, с изменением функции и структуры её синапсов, а также геннобиохимической записью информации в формирующейся нейронной сети. Перевод кратковременной памяти в промежуточную и долговременную происходит с участием гиппокампа.

Выделяют долговременную память когнитивную и двигательную. Они имеют особенности формирования.

Двигательная память участвует в обучении навыкам – «как» (закрепляется в фазу неглубокого медленноволнового сна, улучшается качество движений).

Когнитивная память запоминает факты - «что» (консолидируется в стадию быстрого сна, он усиливает память и улучшает воспоминания).

Двигательная память формируется с участием зеркальных нейронов коры БП и ЛС и нейронов системы GPS, расположенных в гиппокампе и энторинальной коре.

Зеркальные нейроны способствуют обучению по принципу «делай как я» (обучение с учителем).

Нейроны места системы GPS гиппокампа связывают события и действия, которые нужно запомнить, с местом, где оно происходит.

Система зеркальных нейронов принимает участие в освоении новых навыков, речи и культуры, т.е. является важнейшим средством обучения.

Зеркальные нейроны позволяют понимать поведение других лиц, различать цели и намерения движений. Кроме того, зеркальные нейроны ЛС учат нас сопереживанию, пониманию чувств другого человека. Навигатор мозга.

Сложные формы поведения (врожденного и приобретенного) требуют передвижения в пространстве для достижения цели и запоминания действия. Ориентацию в пространстве нам обеспечивает навигатор мозга. Это сеть нейронов, расположенная в гиппокампе и энторинальной коре.

За обнаружение и исследование GPS-навигатора мозга присуждена нобелевская премия 2014 (М.Мозер, Э.Мозер, Д.О,Киф).

Клетки места гиппокампа определяют местоположение, пройденный путь, направление и скорость движения. Это достигается тем, что в энторинальной коре есть несколько типов нейронов:

1) Координатные нейроны. Они отслеживают пройденное расстояние с разной точностью. В слоях энторинальной коры каждый нейрон слоя контролирует шестигранное пространство определенной величины, точность работы каждого слоя отличается в 1,4 раза.

В энторинальной коре есть также нейроны, которые реагируют на

2) Направление головы,

3) Нейроны скорости движения,

4) «Приграничные» нейроны, которые возбуждаются при любом препятствии. В результате создается универсальная карта пространства: в ней отражается направление, скорость движения и пройденное расстояние. Для того, чтобы привязать эту карту пространства к месту, в мозге есть нейроны «места». Они расположены в гиппокампе. «Клетки места» гиппокампа получают информацию не только от названных клеток энторинальной коры, но и от других отделов КБП, в том числе сенсорных отделов анализаторов (зрительных, слуховых, обонятельных). Создаваемая «клетками места» гиппокампа карта пространства адаптирована к конкретному месту.

Гиппокамп формирует и запоминает в ней местоположение животного и происходящее в данный момент событие. Это используется мозгом, чтобы принять решение куда и как идти, чтобы достичь цели наиболее коротким путем. Этот комплекс может уходить в долговременную память и запоминаться для будущей жизни. При воспоминании всплывает не только событие, но и место и принятое решение. Для автоматического выполнения поведения без участия сознания требуется повторение от 25 до 275 раз.

Когнитивная память.

Формируется с участием гиппокампа и нейронов КБП.

Нейроны гиппокампа реагирует на конкретное понятие, т.е. простейшую форму абстрактно-логического мышления.

Каждое понятие вызывает возбуждение примерно 20 тыс. нейронов гиппокампа.

Нейроны гиппокампа нужны для:

1) создания новых воспоминаний,

2) объединения многих форм одного явления в единое обобщенное понятие. Например, соединяются вместе запах, форма, цвет и текстура розы.

3) добавления новой информации в уже имеющуюся нейронную сеть.

4) объединения новой информации с картированием пространства с помощью GPS-навигатора.

Для консолидации памяти, т.е. перевода ее в долговременную, необходимо повторение информации. Консолидированная память складывается на хранение в кору БП.

Каждый вид информации хранится в своем отделе коры мозга в виде отдельных блоков (сетей нейронов), т.е. «кирпичиков памяти».

Из отдельных блоков складываются высокоспецифичные большие паттерны понятий, состоящие из десятков комбинаций (знания).

Чтобы сформировать эти комбинации необходимы годы труда, а занятия должны требовать усилий, превосходящих возможности обучающегося. Только в этих условиях

формируется специалист высокого класса.

Дрозофила когнитивных наук - шахматы.

1. Правило десяти лет для овладения каким-либо мастерством (не менее 2-х часов в день).

2. Для таких усилий должна быть мотивация, она важнее, чем врожденные способности.

3. Каждое достижение усиливает мотивацию.

Механизмы долговременной памяти

Связаны с формированием новых нейронных сетей или увеличением связей в старых нейронных сетях.

Механизмы:

• физиологические, биохимические

• генетические, эпигенетические

• морфологические.

1.Физиологические и биохимические.

При обучении в синапсах увеличивается квантовая секреция медиатора, повышается чувствительность хеморецепторов, их количество за счет синтеза или активации спящих, повышается возбудимость нейронов.

В результате формируются или активируются новые связи между нейронами.

Синапсов на нейроне может быть несколько тысяч, значит изменения в каждом случае при запоминании идут по определенному адресу.

Биохимические изменения (скорости и вида биохимических реакций) приводят к изменению состояния нейрона:

увеличивается синтез медиаторов и нейропептидов, белков-хеморецепторов, белков-ферментов, белков – ионных каналов и др., т.е. при обучении и запоминании происходит синтез новых молекул белка, хранящих информацию (белки памяти).

Эти биохимические механизмы запускаются в результате генетических и эпигенетических процессов.

2. Генетические механизмы долговременной памяти

В нервных клетках для записи новой информации работают уникальные гены, например ген c-fos . Сигналы, которые приходят к клетке и которые ей необходимо запомнить, сходятся на ядре клетки, и включается очень ограниченное число генов, названных немедленными ранними генами, в частности, ген c-fos. Он запускает сложнейшие молекулярные каскады внутри клетки. В результате синтезируются разнообразные белки, улучшающие функцию клетки – белки памяти.

Долговременная требует синтеза новых мРНК и белков и часто сопровождается установлением новых синаптических связей. Нобелевский лауреат Эрик Кандель с сотрудниками обратили внимание на белок CPEB (cytoplasmic polyadenylation element binding protein; не путать с транскрипционным фактором CREB), который активирует спящие мРНК в разных типах клеток. CPEB необходим для долговременной, но не кратковременной памяти, и его синтез намного увеличивается при стимуляции нейрона нейромедиатором. Есть два варианта белка СРЕВ: Orb2A и Orb2B, которые получаются из одной мРНК в результате альтернативного сплайсинга. Orb2B синтезируется постоянно (конститутивно), а Orb2A — лишь в ответ на стимуляцию нейрона. Было показано, что оба белка способны полимеризоваться, однако Orb2B может стабильно пребывать в растворимом состоянии, а Orb2A, напротив, с высокой вероятностью начинает полимеризацию.

Эти наблюдения позволили предложить простую схему формирования долговременной памяти: при стимуляции синапса синтезируется Orb2A, он переходит в полимерное состояние и увлекает за собой Orb2B. Далее процесс полимеризации поддерживается молекулами Orb2B и может продолжаться сколь угодно долго, что соответствует фиксации события в долговременной памяти. Полимеризация Orb2 не передается не только другим нейронам, но даже, вероятно, и между синапсами одного нейрона. Важным достижением данной работы является и то, что она впервые показала, как клетка может управлять переходом в амилоидное состояние. Обратный процесс представляется маловероятным, как однократная запись на диске CD компьютера.

3. Эпигенетическая маркировка информации

Один из механизмов активации генов может быть связан с эпигенетической маркировкой информации в геноме. ДНК находится в клеточном ядре в конденсированном состоянии. Её цепь намотана на многочисленные гистоновые «шпульки», а вся структура плотно упакована в хромосомах. ДНК находятся в неактивном состоянии. Активация происходит под влиянием эпигенетических маркеров – молекул, присоединенных к гистонам или самой ДНК. Воздействие каких-либо факторов на эти маркеры делает упаковку ДНК менее плотной и ген активируется. Всё это позволяет изучать новое направление в физиологии - оптогенетика.

4. Морфологические изменения в нейронах:

• увеличивается количество шипиков на дендритах для контактов (т.е. количество синапсов), • увеличивается площадь постсинаптической мембраны за счет ее складчатости.

5. Нейрогенез

Долговременная память формируется не только за счет установления новых нейронных связей между существующими нейронами, но и в результате нейрогенеза. Доказано, что у человека нейрогенез происходит в области зубчатой извилины гиппокампа, в зонах мозга, граничащих с желудочками мозга, в том числе в области базальных ядер и мозжечка.

Новые нервные клетки образуются в мозге до самой смерти и влияют на нашу способность к обучению. Росту нейронов способствует регулярное употребление жирной рыбы, фруктов и овощей.

Мозжечковая коррекция движений совершенствуется на протяжении всей жизни. Кора полушарий мозжечка продолжает развиваться до 58 лет, поэтому формирование тонких профессиональных навыков, приобретение новых профессий, художественное творчество – возможно на протяжении всей жизни человека. Кора червя – до 12 лет.

Поэтому фигурное катание, гимнастика – спорт молодых. При тренировках кора мозжечка может увеличиваться в 2-4 раза за счет нейрогенеза.

Рабочая память – поисковое устройство, которое ищет в долговременной памяти то, что нужно.

Объем её может быть разным.

Она работает с участием коры лобных долей, теменной коры и передней поясной коры вместе с базальными ядрами

(магнито-резонансная и компьютерная томография).

Узлы рабочей памяти:

1) отбор информации, которую надо загрузить (зоны связаны с вниманием),

2) хранение рабочих данных,

3) обработка данных.

Главную роль в регуляции потока информации через рабочую память играет хвостатое ядро (управляет потоком информации в зависимости от того, сколько данных потребуется для сравнения) и дорзальный участок передней премоторной коры (интерпретация контекста в целом).

Эффективность рабочей памяти зависит от этих зон мозга.

Нейроны рабочей памяти работают с частотой гамма-ритма (45-100 Гц).

Пачки импульсов генерируются отдельными блоками нейронов, которые используют разный рисунок активности для работы с разной информацией, и эта активность чередуется с периодами покоя, благодаря чему рабочая память может заниматься сразу несколькими задачами. Т.е. в рабочей памяти информация может храниться «молча» (как?, требует изучения).

Извлечение информации. Еще не изучено. Особую роль играют височные доли. При их раздражении вспоминаются события детства, забытые языки, живые картины прошлого. Проявления:

• Обычное извлечение.

• Реминисценция – непроизвольное вспоминание, без связи с текущим событием.

• Пресерверация – чрезмерно стойкое воспоминание, навязчивого характера.

Ретроградная амнезия – утрата способности к извлечению информации. Открытие GPS-навигатора показывает роль «нейронов места» (пространственный образ) в механизмах извлечения информации о событиях.

Возрастные особенности памяти. Дети до 3-х лет – образная и эмоциональная память. После 3-х лет – появление абстрактно-логической памяти. 20-45 лет – максимум активности всех видов памяти. У людей умственного труда – дольше. После 60-70 лет – запоминание нового ухудшается, снижается память на текущие события. С возрастом память ухудшается, ухудшается извлечение информации, и вместе с ним утрачивается способность к воображению, т.к. необходимой предпосылкой воображения является способность вспомнить прошлые события и воссоздать на их основе непротиворечивую картину будущего и выразить ее словами. Улучшается качество отбираемой информации, из большой массы (мусора) выбирается нужное, перспективное. Поэтому сейчас за рубежом фирмы и Вузы предпочитают оставлять работать лиц старших возрастов (60 и более лет).

Приемы, улучшающие память.

1.Тренировка («повторение – мать учения»).

2. Умение концентрировать внимание.

3. Осознание важности запоминаемого

4. Развитие наблюдательности, сначала - произвольного внимания, а потом формируется непроизвольное.

5. Интерес и эмоциональный подъем.

6. Память улучшает даже 6-мин. сон.

7. Жирная рыба, фрукты, овощи.