Физическая теория памяти: Физиологическая теория памяти. Уникальные способности мозга

Содержание

14.1. Понятие памяти и ее теории

Общая психология

Память — это способность живой системы фиксировать факт взаимодействия со средой (внешним или внутренним), сохранять результат этого взаимодействия в форме опыта и использовать его в поведении.

Факты запоминание, сохранение, воспроизведение, пригадуваня, узнавание, забывание и т.д давно были предметом пристального наблюдения и изучения. Пожалуй, среди «психологических» понятий только памяти удалось пройти долгий путь от античности до современности, оставляя за собой едва ли не центральное место в большинстве философских систем и психологических теорий. Память понимали как основную характеристику души, ее способность воспринимать, понимать и ориентироваться. И в мифологии, и на уровне современной бытовой сознания потеря памяти отождествляется с безумием, с потерей личности.

И все-таки память отличается от других психических функций. Закономерно возникает вопрос, где проходит граница между памятью, вниманием и восприятием, мышлением, пониманием, осознанием, подготовкой программы действия, волей и т.

п.?

Большинство современных монографий о память начинается с описания феноменологии — фактов, совокупность которых задает объект исследования. По нашему мнению, эти факты можно рассмотреть в двух аспектах, которые задают предмет исследования: во-первых, факты, связанные с работой памяти в процессе обработки текущей информации (в том числе ее дальнейшее использование): во-вторых, факты участия памяти в создании знаний, в процессах понимание и в построении ментальных моделей среды.

Дискретный и континуальный подход. Относительно рассмотрения памяти в контексте когнитивной переработки существует несколько способов квалификации ее собственных продуктов в зависимости от того, как понимают процесс переработки. Если предположить, что этот процесс имеет стадіальний характер, то правомерно попытка отыскать «мнемические» продукты, специфичные для каждой стадии, определить границы каждой стадии за этими продуктами. Такое понимание сущности психического процесса — через его сведение к фаз — возникло исторически первым.

Основным аргументом в пользу «стадіального» описания являются эмпирические свидетельства о существовании четко разделенных фактов, скажем, запоминания и припоминания. Однако Дж. Миллер доказал, что даже предположение о стадиальность не решает таких вопросов: а) происходит трансформация информации в пределах одной стадии дискретно или континуально; б) как (дискретно ли континуально) передают информацию на следующую стадию. Поэтому сторонники «континуального» трактовка процесса когнитивной переработки предлагают для объяснения тех самых «стадий» модели, в основе которых — идеология нечетких множеств (Д. Массаро).

Благодаря памяти человек может приобретать нужных для деятельности знаний, умений и навыков. Новые сдвиги в ее психике всегда основываются на предыдущих достижениях, достижениях, зафиксированных в памяти.

Закрепление, хранение и последующее воспроизведение человеком ее предыдущего опыта называют памятью.

Для лучшего понимания сущности памяти рассмотрим некоторые ее теории.

Ассоциативный направление психологии. Первые попытки научно объяснить феномен памяти на психологическом уровне совершил ассоциативный направление психологии. Центральным понятием ассоциативной психологии есть понятие связи, соединение — ассоциации.

Ассоциация — обязательный принцип всех психических образований. Суть механизма ассоциации — в установлении связи между впечатлениями, что одновременно возникают в сознании.

В зависимости от условий, необходимых для их образования, АССОЦИАЦИИ разделяют на три типа:

ассоциации по суміжністю;
ассоциации по сходству;
ассоциации по контрасту.

Ассоциация по суміжністю — это отражение в психике человека связей между предметами и явлениями, которые идут друг за другом во времени (суміжність во времени) или находятся рядом в пространстве (суміжність в пространстве).

Ассоциации по суміжністю возникают во время упоминание событий, свидетелем которых был человек, в случае заучивания учебного материала и т.

д.

Ассоциация по схожестью имеющаяся тогда, когда в психике отражено связи между предметами, похожими между собой в определенном аспекте (ошибочное восприятие незнакомого человека как знакомой).

Ассоциация по контрастом образуется во время отражения в психике человека предметов и явлений объективной действительности, связанных между собой иным признакам (высокий — низкий, быстрый — медленный, веселый — грустный и т.п.).

Особой разновидностью ассоциаций является порожденные потребностями познавательной деятельности и жизни человека причинно-следствия

ассоциации, которые отражают не только совпадение раздражителей во времени и пространстве, их сходство и различие, но и причинные зависимости между ними.

Причинно-следствия ассоциации являются базовыми по соображениям и логических построений.

Объясняя механизм разных типов ассоциаций, асоціанізм как направление не объяснял того, чем детерминированный этот процесс, что предопределяет его избирательность.

Гештальттеорія. Решительной критики ассоциативная теория потерпела от гештальтпсихологии. Главным понятием новой теории было понятия «гештальт» — образ как целостно организованная структура,

которая не сводится к сумме отдельных ее частей.

Поэтому образование связей основывается на организации материала, что и определяет аналогичную структуру следов в мозгу по принципу подобия по форме.

Физиологическая теория. В соответствии с учением Павлова, материальной основой памяти есть пластичность коры больших полушарий головного мозга, ее способность образовывать новые временные нервные связи, условные рефлексы. Образования, укрепление и угасание временных нервных связей является физиологическим механизмом памяти. Запам’ятоване сохраняется не как образ, а как «следует», как временные нервные связи, образовавшиеся в ответ на воздействие раздражителя.

Физиологическая основа памяти тесно связана с закономерностями высшей нервной деятельности. Учение об образовании временных нервных связей — это теория запоминания на физиологическом уровне.

УСЛОВНЫЙ РЕФЛЕКС — акт образования связи между новым и ранее закрепленным содержанием, что составляет основу акта запоминания.

Для понимания причинной обусловленности памяти важное значение приобретает понятие подкрепление. Подкрепление — это достижение непосредственной цели действия индивида или стимул, что мотивирует действие, это совпадение новообразованного связи с достижением цели действия, а «если связь совпал с достижением цели, он остался и закрепился» (И.П. Павлов).

Физиологическое понимание подкрепление соотносится с психологическим понятием цели действия. Это — пункт слияния физиологического и психологического анализа механизмов памяти. Запоминание того, «что было», не имело бы смысла, если бы его нельзя было использовать для того, «что будет».

В объяснении механизмов памяти есть еще так называемые физическое и биохимическая теории памяти.

Физическая теория. Согласно физической теорией памяти, прохождение любого волнение через определенную группу клеток (нейронов) оставляет после себя физический следует, что предопределяет механические и электронные изменения в синапсах (место сочетание нервных клеток). В случае зрительного восприятия предмета его будто обследуют глазом по контуру, который сопровождается движением импульса в соответствующей группе нервных клеток, которые якобы моделируют воспринят объект в виде пространственно-временной структуры нервной.

Эту теорию называют еще теорией нейронных моделей. Процесс создания и активизации нейронных моделей является базовым относительно процессов запоминания, воспроизводства и сохранения.

Установлено, что аксоны, которые отходят от клеток, соединяются с дендритами другой клетки или возвращаются к телу своей клетки. В результате такой структуры возникает возможность циркуляции реверберуючих кругов возбуждение различной сложности. Так возникает самозарядження клетки, возбуждение не выходит за пределы определенной системы. Это так называемый нейрофизиологический уровень изучения механизмов памяти.

Биохимическая теория памяти. Биохимическую теорию памяти выражено в гипотезе о двощаблевий характер процесса запоминания. Суть его в том, что на первой ступени, сразу после воздействия раздражителя, в мозгу происходит кратковременное электрохимическая реакция, которая предопределяет обратные физиологические процессы в клетке.

Вторая стадия возникает на почве первой — это собственно биохимическая реакция, связанная с образованием протеинов. Первая стадия длится секунды или минуты) и является механизмом кратковременной памяти. Вторую стадию, для которой характерна необратимость химических изменений в клетках, считают механизмом долговременной памяти.

Сторонники химической теории памяти считают, что специфические изменения, которые происходят в нервных клетках под влиянием внешних раздражителей, и являются механизмами процессов закрепления, сохранения и воспроизведения следов полученных впечатлений.

Психология памяти: теория, методика, опыт

В бихевиористической теории памяти подчеркивается роль упражнений, необходимых для закрепления материала. В процессе закрепления происходит перенос навыков — позитивное или негативное влияние результатов предыдущего обучения на дальнейшее. На успешность закрепления влияет также интервал между упражнениями, мера сходства и объем материала, степень научения, возраст и индивидуальные различия между людьми. Например, связь между действием и его результатом запоминается тем лучше, чем больше удовольствия вызывает этот результат. И наоборот, запоминание слабеет, если результат окажется нежелательным или безразличным (закон эффекта Э. Торндайка).

Достижения этой теории памяти содействовали становлению программированного обучения, инженерной психологии, ее представители считают бихевиоризм практически единственным объективным подходом к исследуемым явлениям.

Взгляды на проблему памяти сторонников бихевиоризма и ассоциативной теории оказались очень близкими. Единственное существенное различие между ними заключается в том, что бихевиористы подчеркивают роли упражнений в запоминании материала и много внимания уделяют изучению работы памяти в процессе обучения.

Деятельная теория памяти опирается на теорию актов, представители которой (Ж. Пиаже, А. Валлон, Т. Рибо и др.) рассматривают память как историческую форму деятельности, высшее проявление которой — произвольная память. Они считают память биологической функцией, в связи с чем отрицают наличие памяти у животных, а также у детей до 3-4 лет.

Принцип единства психики и деятельности, сформулированный Л. С. Выготским, А. Н. Леонтьевым, С. Л. Рубинштейном, стал основополагающим в проведенных на основе этой теории исследованиях памяти. Л. С. Выготский исследовал память в плане «культурно-исторической концепции». Специфику высших форм памяти он видел в использовании знаков-средств, предметных и вербальных, с помощью которых человек регулирует процессы запоминания и воспроизведения. Только при таких условиях память из натуральной (самопроизвольной) превращается в опосредованную, которая проявляется как особая самостоятельная форма мнемической деятельности. Развивая вслед за П. Жане идею интериоризации, Л. С. Выготский различал внешние формы мнемической деятельности как «социальные» и внутренние — как «интрапсихологические», которые генетически развиваются на основе внешних факторов.

Доказано, что человек постепенно овладевает своей памятью, учится управлять ею. Это подтверждают результаты эксперимента: дошкольникам, школьникам и студентам предлагали для запоминания и последующего воспроизведения 15 предложений. Затем, при запоминании уже других 15 предложений, этим группам исследуемых предоставляли вспомогательные средства — картинки с изображениями различных предметов, прямо не связанных с содержанием предложений. Как выяснилось, введение вспомогательных средств практически не улучшает запоминания дошкольников, но существенно помогает ученикам. В группе студентов результат запоминания с картинками хуже, чем у учеников. Эти данные объясняются тем, что запоминание дошкольников является непосредственным, естественным. Учащиеся начинают овладевать собственным поведением и памятью, поэтому способны пользоваться при запоминании вспомогательными средствами. Запоминание у них находится на этапе перехода от внешнего, непосредственного к внутреннему, опосредствованному процессу. Студентам уже не нужны внешние средства — они обладают внутренними средствами запоминания. Опрос студентов показал, что такими средствами (ассоциации, группировки слов, создание образов, повторение) они пользовались с самого начала эксперимента. В этом случае их преимущество было вполне очевидно.

Следовательно, развитие памяти происходит через развитие запоминания с помощью внешних знаков — стимулов. Затем эти стимулы интериоризируються и становятся внутренними средствами, пользуясь которыми, индивид начинает управлять своей памятью. Она превращается в сложноорганизованную активность, необходимую в процессе познания. Не подкрепленная тренировкой, хорошая природная память существенно не влияет на успехи индивида.

Представители деятельной теории памяти изучали этот психический процесс в связи с операционной, мотивационной и целевой структурами конкретных видов деятельности. П. И. Зинченко разработал концепцию самопроизвольной памяти как активного процесса, который всегда включен в структуру познавательной или практической деятельности. В трудах А. А. Смирнова была раскрыта роль интеллектуальной и других форм активности субъекта в условиях произвольного и самопроизвольно запоминания.

Основными результатами деятельного подхода к изучению памяти является раскрытие закономерностей произвольной и самопроизвольной памяти, практическая направленность на ее изучение в структуре различных видов деятельности, формы взаимодействия с другими процессами.

Вместе с тем следует отметить, что эта теория уделяет недостаточно внимания статистической характеристике процессов памяти. Прослеживается противоречивость в ее понятийном аппарате: память трактуется или как элемент структуры деятельности, или как ее побочный продукт, или как самостоятельная деятельность.

Физиологическая и физическая теории памяти

Важнейшие положения учения И. П. Павлова о закономерностях высшей нервной деятельности получили дальнейшее развитие в физиологической и физической теориях. Согласно взглядам этого ученого, материальной основой памяти является пластичность коры больших полушарий головного мозга, ее способность образовывать условные рефлексы. В образовании, укреплении и угасании временных нервных связей заключается физиологический механизм памяти. Создание связи между новым и ранее закрепленным содержанием является условным рефлексом, что составляет физиологическую основу запоминания.

Для понимания причинной обусловленности памяти большое значение приобретает понятие подкрепления. Оно раскрывается в теории И. П. Павлова как достижение непосредственной цели действия индивида или стимул, который мотивирует действие, совпадение новообразовавшейся связи с достижением цели действия. Последнее способствует тому, что новообразованная связь остается и закрепляется. Таким образом, физиологическое понимание подкрепления соотносится с психологическим понятием цели действия. Именно это является актом слияния физиологического и психологического анализа механизмов памяти, т.е. основная жизненная функция этого психического процесса направлена не в прошлое, а в будущее. Запоминания того, что «было», не имело бы смысла, если его нельзя было использовать для того, что «будет».

К физиологической теории присоединяется физическая теория памяти, проникающая в нейрофизиологический уровень ее механизмов. Согласно этой теории прохождение возбуждения через определенную группу клеток (нейронов) оставляет физический след, который предопределяет механические и электронные изменения в месте соединения нервных клеток (синапсах). Изменения облегчают повторное прохождение импульса знакомым путем. Эти взгляды называют теорией нейронных моделей.

В частности, при зрительном восприятия предмета происходит обследование его взглядом по контуру. Этот перцептивный процесс сопровождается движением импульса в соответствующей группе нервных клеток, которые как бы моделируют восприятие объекта в форме пространственно-временной нервной структуры. Создание и активизация нейронных моделей является основой процессов запоминания, хранения и воспроизведения.

Биохимическая теория памяти

Память человека функционирует как на психологическом, физиологическом, так и на молекулярном, химическом уровнях. Сторонники химической теории памяти считают, что специфические химические изменения, которые происходят в нервных клетках под воздействием внешних раздражителей, и являются механизмами процессов закрепления, сохранения и воспроизведения, а именно: перегруппировки в нейронах белковых молекул нуклеиновых кислот. Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) является носителем родовой памяти: она содержит генетические коды организма, определяя генотип. Рибонуклеиновая кислота (РНК) — основа индивидуальной памяти. Возбуждение нейронов повышает содержание в них РНК, и неограниченное количество изменений ее молекул является базой хранения большого количества следов возбуждения. Изменение структуры РНК ученые связывают с долгой памятью.

Успехи биохимических исследований позволили сформулировать предположения о двухуровневом характере процесса запоминания. На первом уровне, сразу после воздействия раздражителей, в мозгу происходит кратковременная электрохимическая реакция, которая предопределяет обратные физиологические процессы в клетке. Этот уровень длится секунды или минуты и является механизмом кратковременной памяти. Второй уровень — собственно биохимическая реакция, связанный с образованием протеинов, и характеризуется необратимостью химических изменений в клетках и считается механизмом длительной памяти. Биохимические исследования дают основания для оптимистичных прогнозов относительно возможностей управления человеческой памятью в будущем.

Выводы делать рано, но, понятно, что химическая теория не может объяснить весь многоаспектный феномен памяти, особенно в высокоразвитых животных и людей. Не исключено, что в будущем можно будет выделить материально — биохимический носитель памяти.

Таким образом, память индивида реализуется за счет многоуровневых механизмов — психологического, физиологического и химического. Для нормального функционирования человеческой памяти необходимы все три уровня. Человек может осознавать и руководить только высшим психологическим уровнем, который является определяющим относительно низким. Лишь на этом уровне память становится процессом, опосредованным мнемическими действиями, составляющей познавательной деятельности.

1.2 Основные процессы памяти и её виды

Важнейшая особенность психики состоит в том, что отражение внешних воздействий постоянно используется индивидом в его дальнейшем поведении. Постепенное усложнение поведения осуществляется за счет накопления индивидуального опыта. Формирование опыта было бы невозможно, если бы образы внешнего мира, возникающие в коре мозга, исчезали бесследно. Вступая в различные связи между собой, эти образы закрепляются, сохраняются и воспроизводятся в соответствии с требованиями жизни и деятельности.

Запоминание, сохранение и последующее воспроизведение индивидом его опыта и есть память. В памяти различают такие основные процессы: запоминание, сохранение, воспроизведение и забывание. Эти процессы не являются автономными психическими способностями. Они формируются в деятельности и определяются ею.

Запоминание можно определить как процесс памяти, посредством которого осуществляется ввод информации в память, путем включения в систему ассоциативных связей. Запоминание — главный процесс памяти, от него во многом зависит полнота, точность, последовательность воспроизведения материала, прочность и длительность его сохранения.

В зависимости от способа и характера осуществления процессов памяти различают:

— непроизвольное запоминание (без специально поставленной цели),

— произвольное (в соответствии с поставленной целью), механическое (запоминание точной последовательности тех или иных объектов без установления логической связи между частями запоминаемого материала),

— смысловое (при раскрытии различных логических связей в запоминаемом материале),

— непосредственное (запечатление воспринятого как оно есть, без всякой переработки),

— опосредованное (характеризуется использованием различных вспомогательных средств, выполняющих затем роль ключей при воспроизведении).

К категории припоминания относится реминисценция — мнемический эффект, состоящий в отсроченном припоминании того, что первоначально (при непосредственном воспроизведении) не удавалось воспроизвести. В результате происходит частичное или даже общее улучшение отсроченного воспроизведения по сравнению с непосредственным.

Сохранение и забывание — обязательные процессы памяти. Забывание — один из процессов памяти, проявляющийся в невозможности (неспособности) припомнить или узнать, либо в ошибочном припоминании и узнавании. Сохранение материала определяется степенью его участия в деятельности личности. Лучше всего сохраняются основные положения, менее отдельные смысловые единицы. Забывание может быть вызвано запредельным торможением, которое наступает вследствие перенапряжения соответствующих корковых клеток, в долговременной памяти действуют механизмы вытеснения, торможения и утраты ключей, или признаков, необходимых для поиска (и доступа) к нужной информации; в кратковременной памяти в дополнении угасанию важную роль играет фактор переполнения и вытеснения старых элементов новыми.

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.

Рис.1 – Классификация видов памяти

Эмоциональная память хранит следы эмоций, чувств, переживаний и играет важную роль в обеспечении процесса программирования поведения по удовлетворению потребностей. Эмоционально окрашенное впечатление фиксируется практически мгновенно и непроизвольно, обеспечивая пополнение подсознательной сферы человеческой психики. Пережитые и запечатленные в памяти эмоции служат регулирующими сигналами, либо побуждая индивида к активной деятельности, либо, наоборот, удерживая его от действий.

Понимание физической основы памяти: Молекулярные механизмы инграммы

Обзор

. 2022 май; 298(5):101866.

doi: 10.

1016/j.jbc.2022.101866. Epub 2022 26 марта.

Клара Ортега-де-Сан-Луис ¹ , Томас Дж. Райан ²

Принадлежности

¹ Школа биохимии и иммунологии и Институт неврологии Тринити-колледжа, Дублинский Тринити-колледж, Дублин, Ирландия. Электронный адрес: [email protected].
² Школа биохимии и иммунологии и Институт неврологии Тринити-колледжа, Дублинский Тринити-колледж, Дублин, Ирландия; Институт неврологии и психического здоровья Флори, Мельбурнский мозговой центр, Мельбурнский университет, Парквилл, Виктория, Австралия; Программа развития детей и мозга, Канадский институт перспективных исследований (CIFAR), Торонто, Онтарио, Канада. Электронный адрес: [email protected].

PMID: 35346687
PMCID: PMC9065729
DOI: 10.1016/j.jbc.2022.101866

Бесплатная статья ЧВК

Review

Clara Ortega-de San Luis et al. Дж. Биол. Хим. 2022 май.

Бесплатная статья ЧВК

. 2022 май; 298(5):101866.

doi: 10.1016/j.jbc.2022.101866. Epub 2022 26 марта.

Авторы

Клара Ортега-де-Сан-Луис ¹ , Томас Дж. Райан ²

Принадлежности

¹ Школа биохимии и иммунологии и Институт неврологии Тринити-колледжа, Дублинский Тринити-колледж, Дублин, Ирландия. Электронный адрес: [email protected].
² Школа биохимии и иммунологии и Институт неврологии Тринити-колледжа, Дублинский Тринити-колледж, Дублин, Ирландия; Институт неврологии и психического здоровья Флори, Мельбурнский мозговой центр, Мельбурнский университет, Парквилл, Виктория, Австралия; Программа развития детей и мозга, Канадский институт перспективных исследований (CIFAR), Торонто, Онтарио, Канада. Электронный адрес: [email protected].

PMID: 35346687
PMCID: PMC9065729
DOI: 10. 1016/j.jbc.2022.101866

Абстрактный

Память, определяемая как хранение и использование усвоенной информации в мозгу, необходима для модулирования поведения и имеет решающее значение для адаптации животных к окружающей среде и выживания. Несмотря на то, что это краеугольный камень функционирования мозга, вопросы, связанные с молекулярными и клеточными механизмами кодирования, хранения и воспроизведения информации, остаются в значительной степени без ответа. Одна широко распространенная теория состоит в том, что инграмма формируется группой нейронов, которые активны во время обучения, которые претерпевают биохимические и физические изменения для сохранения информации в стабильном состоянии, а затем повторно активируются при воспроизведении воспоминаний. В последнее десятилетие разработка методологий маркировки инграмм оказалась полезной для изучения биологии памяти на молекулярном и клеточном уровнях. Технология энграмм позволяет изучать отдельные воспоминания, связанные с конкретными переживаниями и их эволюцией во времени, с достаточным экспериментальным разрешением, чтобы различать различные процессы памяти: обучение (кодирование), консолидацию (переход от краткосрочных воспоминаний к долговременным) и хранение (поддержание памяти в мозгу). Здесь мы рассмотрим текущее понимание формирования памяти на молекулярном и клеточном уровне, сосредоточив внимание на выводах, полученных с помощью технологии инграмм.

Ключевые слова: код; инграмма; Память; молекулярный механизм; пластичность; синапс.

Заявление о конфликте интересов

Конфликт интересов Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов с содержанием данной статьи.

Цифры

Рисунок 1

Технология маркировки инграмм. (1) …

Рисунок 1

Технология маркировки инграмм. (1) Промотор непосредственно раннего гена c-fos управляет экспрессией…

Рисунок 1

Технология маркировки инграмм. (1) Немедленный ранний ген 9Промотор 0115 c-fos управляет экспрессией tTA. Доксициклин (DOX), поступающий с пищей, предотвращает связывание элемента tTA-TRE. (2) Электрошок наносится, когда животное находится в определенном контексте (контекст А). Формируется инграмма для этого эпизодического опыта ( фиолетовых ячеек ). В отсутствие DOX нейроны энграммы, которые активны во время кодирования этой памяти о страхе, экспрессируют трансген канала родопсина-2 (ChR2) и репортер GFP. (3) Возврат к контексту А реактивирует инграмму и вызовет реакцию замирания у животного — поведение, связанное со страхом. (4) Клетки энграммы, помеченные ChR2, могут быть оптогенетически реактивированы путем доставки света в мозг животного. Этот искусственный вызов памяти вызывает замирание у животного в нейтральном контексте B. TRE, элемент реакции на тетрациклин; tTA, трансактиватор тетрациклина.

Рисунок 2

Расширенный набор инструментов для инграмм. Энграмма…

Рисунок 2

Расширенный набор инструментов для инграмм. Маркировка клеток энграммы была достигнута с помощью нескольких стратегий…

Фигура 2

Расширенный набор инструментов для инграмм. Маркировка клеток энграмм достигается с помощью нескольких стратегий или инструментов, которые можно использовать по отдельности или в комбинации. A , временной контроль позволяет маркировать инграммы, ответственные за кодирование определенного опыта, и может быть достигнут с помощью различных стратегий. Генетические стратегии tTA/TRE или Cre-ER ^T2 (направленная рекомбинация в активных популяциях [TRAP]) временно контролируются доставкой доксициклина или тамоксифена соответственно. Технология захвата активированных нейронных ансамблей (CANE) позволяет с высокой временной точностью создавать вирусы для специфического заражения активированных нейронов. Другие инструменты (Cal-Light, быстрая экспрессия, регулируемая светом и активностью [FLARE] и ее улучшенная версия, одноцепочечная FLARE [scFLARE], а также экспрессия, регулируемая быстрым светом и кальцием [FLiCRE]), основаны на сочетании двух требований для достижения временного контроля: увеличение внутриклеточного Ca ²⁺ и доставка света. Аналогичная стратегия, основанная на совпадении активности и света, используется CaMPARI для маркировки только активированных клеток. B , трансгены могут быть доставлены путем создания моделей трансгенных мышей или с использованием векторов, таких как аденоассоциированные вирусы (AAV). C , помечены только активированные клетки (клетки энграммы, фиолетовый ); благодаря нескольким стратегиям пространственного контроля. Экспрессия генов немедленного раннего развития (IEG), таких как c- f os можно использовать только для манипуляций с активированными клетками. Сконструированные искусственные промоторы также использовались в системах надежной маркировки активности (RAM) или в системах элементов, регулируемых усиленной синаптической активностью (E-SARE). Уровни внутриклеточного Ca ²⁺ обнаруживаются с помощью генетически кодируемых индикаторов кальция или напряжения (GECI и GEVI соответственно), а также репортеров, которые обнаруживают высвобождение специфического нейротрансмиттера (Nt). CaMPARI представляет собой флуоресцентный индикатор, реагирующий на внутриклеточный Ca 9. 0009 2+ уровней. D , клетки энграммы могут быть помечены репортерами (, например, , флуоресцентными репортерами GFP или mCherry). Их также можно пометить инструментами, которые позволят в будущем манипулировать ими с помощью света (оптогенетика) или лекарств (хемогенетика). Их можно визуализировать с помощью нескольких методов, таких как двухфотонные или наголовные миниатюрные микроскопы (минископы). Их активность можно контролировать с помощью методов, позволяющих считывать активность, таких как фотометрия волокон. Историю активации с течением времени можно исследовать с помощью технологии острова записи экспрессии (XRI). CaMPARI, фотоактивируемый логометрический интегратор с модуляцией кальция; GECI, генетически кодируемый индикатор кальция; GEVI, генетически закодированный индикатор напряжения; tTA, трансактиватор тетрациклина.

Рисунок 3

Молекулярные механизмы обучения. Когда…

Рисунок 3

Молекулярные механизмы обучения. Когда животное кодирует новую память (такую как…

Рисунок 3

Молекулярные механизмы обучения. Когда животное кодирует новое воспоминание (например, встречу с едой в определенном ответвлении Y-образного лабиринта, , верхняя панель ), активируется подмножество нейронов и формируется инграмма (фиолетовые нейроны , средняя панель ). Определенные синапсы между клетками инграммы ( пунктирных линий ) претерпевают изменения синаптической пластичности (ранняя долговременная потенциация [LTP]). (1) нейротрансмиттер глутамат (Glu) высвобождается из пресинаптического нейрона, Glu связывается с (2) AMPAR в постсинаптической мембране на уровне дендритного шипа, позволяя K ⁺ и Na ⁺ для проникновения в постсинаптический нейрон и его деполяризации (3). Положительные заряды внутри постсинаптических нейронов позволяют высвобождать ион Mg ²⁺ из NMDAR, и если высвобождение Glu достаточно продолжительное, он открывает канал (4). Ca ²⁺ проникает в постсинаптический нейрон, активируя (5) Ca ²⁺ /кальмодулин-зависимую протеинкиназу II (CaMKII). CaMKII фосфорилирует AMPAR (6), чтобы повысить их чувствительность к Glu, и направляет более активные каналы к мембране, транспортируя AMPA (7). Количество и форма дендритных шипиков также изменяются в процессе обучения. Ремоделирование позвоночника для усиления синапса включает модификацию цитоскелета, такую как (A) полимеризация актина и (B) ветвление актина. Клетки энграммы перестают молчать в результате переноса AMPAR в синапсы посредством (C) секреции из внутриклеточного пула и (D) диффузии из других областей мембраны. AMPAR, рецептор α-амино-3-гидрокси-5-метилизоксазол-4-пропионовой кислоты; NMDAR, N -рецептор метил-d-аспартата.

Рисунок 4

Модификации цитоскелета после обучения. …

Рисунок 4

Модификации цитоскелета после обучения. Повышение внутриклеточного Ca ²⁺, спровоцированное нейрональными…

Рисунок 4

Модификации цитоскелета после обучения. Увеличение внутриклеточного Ca ²⁺, вызванный активацией нейронов, активирует тирозинкиназы (ТК) и киназы Src. Они активируют малые ГТФазы семейства Rho: RhoA, Cdc42 и Rac1. RhoA активирует ROCK и впоследствии киназы LIMK, которые, в свою очередь, ингибируют эффекторный кофилин и, в конечном счете, ингибируют деполимеризацию актина. Rac1 и Cdc42 активируют Arp2/3, фактор нуклеации актина, который индуцирует полимеризацию актина, удлинение актиновых филаментов и ветвление актина, а также образование новых разветвлений в актиновых филаментах. Rho GTPases также закрепляют, стабилизируют, фосфорилируют и встраивают AMPAR в область постсинаптической плотности мембраны. AMPAR, рецептор α-амино-3-гидрокси-5-метилизоксазол-4-пропионовой кислоты; LIMK, киназы с доменом LIM; НМДАР, N -рецептор метил-d-аспартата; Rac1, Ras-родственный субстрат ботулинического токсина C3 1; RhoA, член-гомолог Ras A; ROCK, Rho-ассоциированная спиральная киназа.

Рисунок 5

Молекулярные механизмы консолидации. После…

Рисунок 5

Молекулярные механизмы консолидации. После кодирования воспоминаний (встреча…

Рисунок 5

Молекулярные механизмы консолидации. После кодирования памяти (встреча с едой в Y-образном лабиринте, верхняя панель ) память подвергается ряду процессов, которые позволяют консолидировать ее в долговременные воспоминания, устойчивые к течению времени. Синапсы инграмм ( фиолетовый , средняя панель ) претерпевают изменения синаптической пластичности (поздняя фаза долговременной потенциации [или поздняя ДП]). Запускается внутриклеточным увеличением Ca ²⁺ активируется аденилатциклаза и увеличивается внутриклеточная концентрация цАМФ. Увеличение цАМФ запускает активацию протеинкиназы А (ПКА) и митоген-активируемых протеинкиназ (МАРК). PKA транслоцируется в ядро, фосфорилирует CREB транскрипционного фактора и в конечном итоге запускает транскрипцию генов, содержащих CREB-чувствительный элемент (CRE), такой как немедленные ранние гены ( C- F OS , ARC , OR Z Z Z Z Z Z Z Z .0115 if268 ), киназы, такие как Ca ²⁺ /кальмодулин-зависимая протеинкиназа II (CaMKII) и протеинкиназа Mzeta (PKMζ). В дендритах синтез белка происходит локально с помощью рибосом, транслирующих мРНК локализованным образом в шипиках дендритов.

См. это изображение и информацию об авторских правах в PMC

Цитируется

Нейроны энграмм: кодирование, консолидация, поиск и забывание памяти.
Гускьолен А., Цембровский М.С. Гускьолен А. и соавт. Мол Психиатрия. 2023 г., 28 июня. doi: 10.1038/s41380-023-02137-5. Онлайн перед печатью. Мол Психиатрия. 2023. PMID: 37369721 Обзор.
Gas7 — новый фактор инициации дендритных шипов.
Ханал П., Боскович З., Лахти Л., Гимире А., Минкевичене Р., Опазо П., Хотулайнен П. Ханал П. и др. eNeuro. 2023 г., 14 апреля; 10(4):ENEURO.0344-22.2023. doi: 10.1523/ENEURO.0344-22.2023. Печать 2023 апр. eNeuro. 2023. PMID: 36963834 Бесплатная статья ЧВК.
Будущее интегративной нейронауки: большие вопросы.
Buhusi CV, Oprisan SA, Buhusi M. Buhusi CV и др. Фронт Integr Neurosci. 2023 23 февраля; 17:1113238. дои: 10.3389/fnint. 2023.1113238. Электронная коллекция 2023. Фронт Integr Neurosci. 2023. PMID: 36908505 Бесплатная статья ЧВК. Аннотация недоступна.
Своевременный проблеск воспоминаний.
Бухуши CV, Бухуши М. Buhusi CV и др. Изучите поведение. 2023 июнь; 51(2):125-126. doi: 10.3758/s13420-022-00557-x. Epub 2022 15 декабря. Изучите поведение. 2023. PMID: 36520370
Связь транскраниальной стимуляции постоянным током и нейробиоуправления с декларативной памятью и мозговым артериальным кровотоком у студентов университета: протокол двойного слепого рандомизированного контролируемого исследования.
Grecco LH, Goncalves GR, Perri BN, Bispo BA, Grandin IFJ, Gomes PVND, Bocchi AA, Oliveira KM, Maldonado DC, Silva MCPD. Грекко Л.Х. и др. JMIR Res Protoc. 2022 26 августа; 11 (8): e36294. дои: 10.2196/36294. JMIR Res Protoc. 2022. PMID: 36018619 Бесплатная статья ЧВК.

Типы публикаций

термины MeSH

В квантовой теории познания воспоминания создаются актом запоминания

Диаграмма Венна, показывающая взаимосвязь между предположениями о когнитивном реализме и когнитивной полноте, а также их перекрытие, определяющее классические когнитивные модели. Квантовые модели удовлетворяют когнитивной полноте, но не когнитивному реализму, а модель класса «X» удовлетворяет когнитивному реализму, но не когнитивной полноте. Кредит: Йерсли и Потос. ©2014 Королевское общество
(Phys.org) — То, как мысли и воспоминания возникают из физического материала в нашем мозгу, является одним из самых сложных вопросов в современной науке. Одним из важных вопросов в этой области является то, как индивидуальные мысли и воспоминания меняются с течением времени. Классический, интуитивный взгляд состоит в том, что каждой мысли или «когнитивной переменной», которая у нас когда-либо была, можно присвоить конкретное, четко определенное значение во все моменты нашей жизни. Но теперь психологи оспаривают эту точку зрения, применяя теорию квантовой вероятности к изучению того, как со временем меняются воспоминания в нашем мозгу.
«Есть две точки зрения, когда дело доходит до использования квантовой теории для описания когнитивных процессов», — сказал Phys. org Джеймс М. Йерсли, научный сотрудник факультета психологии Лондонского городского университета. «Первое состоит в том, что некоторые процессы принятия решений кажутся квантовыми, потому что физические процессы в мозге (на уровне нейронов и т. д.) являются квантовыми. Это очень противоречивая позиция, и ее придерживается лишь меньшинство. тот, на который мы лично подписываемся».
Конструирование памяти
В своем исследовании Йерсли и Эммануэль М. Потос из Лондонского городского университета предположили, что квантовую теорию вероятностей можно использовать для определения вероятностей того, насколько точно наши мысли, решения, чувства, воспоминания и другие когнитивные переменные могут вызываться и определяться с течением времени. С этой точки зрения, припоминание воспоминания в какой-то момент времени влияет на то, как мы помним о восприятии того же воспоминания в прошлом или как мы будем воспринимать его в будущем, во многом так же, как измерение может изменить результат чего-то измеряемого. Этот акт припоминания иногда называют «конструктивным», потому что он может изменять (или конструировать) вспоминаемые мысли. С этой точки зрения сама память по существу создается актом запоминания.
Как объясняет Йерсли, мысль о том, что измерения могут иметь конструктивное значение для познания, можно понять на примере пристрастия к шоколаду.
«Это немного похоже на то, как вы можете счастливо сидеть за своим столом и работать, пока один из коллег не объявит, что они выскочили в магазин и не хотели бы вы чего-нибудь, и в этот момент вас одолевает желание Twix!» он сказал. «Этого желания не было до того, как ваш коллега спросил, оно было создано процессом измерения. В квантовых подходах к познанию когнитивные переменные представлены таким образом, что они не имеют значения (только потенциальные возможности), пока вы их не измерите. Это немного похоже на то, что ближе к обеду у вас возрастает вероятность сказать, что вы хотели бы твикс, если кто-то вас спросит, но если вы усердно работаете, вы все еще можете сознательно не думать о еде. Конечно, эта аналогия неверна. не идеально».
Этот квантовый взгляд на память связан с принципом неопределенности в квантовой механике, который устанавливает фундаментальные ограничения на то, сколько знаний мы можем получить о мире. При измерении некоторых видов неизвестных переменных в физике, таких как положение частицы и импульс, чем точнее можно определить одну переменную, тем менее точно можно определить другую.
То же верно и в предлагаемом квантовом представлении о когнитивных процессах. В этом случае мысли связаны в нашей когнитивной системе с течением времени почти так же, как положение и импульс связаны в физике. Когнитивную версию можно рассматривать как некую запутанность во времени. В результате совершенное знание когнитивной переменной в один момент времени требует некоторой неопределенности в отношении ее в другое время.
Опровержение классических предположений
Ученые объясняют, что это предположение можно проверить, проводя эксперименты, которые пытаются нарушить так называемые временные версии неравенств Белла. В физике нарушение временных неравенств Белла означает неспособность классической физики описать физический мир. В когнитивной науке нарушения будут означать провал классических моделей познания, которые делают два, казалось бы, интуитивных предположения: когнитивный реализм и когнитивную полноту.
Как объясняют ученые, когнитивный реализм — это предположение о том, что все решения, принимаемые человеком, могут полностью определяться процессами на нейрофизиологическом уровне (хотя выявить все эти процессы было бы чрезвычайно сложно). Когнитивная полнота — это предположение о том, что когнитивное состояние человека, принимающего решение, может быть полностью определено вероятностями результатов решения. Другими словами, наблюдение за поведением человека может позволить наблюдателю полностью определить основное когнитивное состояние этого человека без необходимости обращаться к нейрофизиологическим переменным.
Ни одно из этих предположений не является спорным; на самом деле, оба являются центральными во многих видах когнитивных моделей. Однако квантовая модель не опирается на эти предположения.
«Я думаю, что самое большое значение этой работы заключается в том, что в ней удалось принять широко распространенное мнение о том, что когнитивные переменные, такие как суждения или убеждения, всегда имеют четко определенные значения, и дает нам возможность экспериментально проверить эту интуицию», — сказал Йерсли. «Кроме того, если мы найдем нарушение временных неравенств Белла экспериментально, мы исключим не одну модель познания, а фактически очень большой класс моделей, так что это потенциально очень мощный результат».
Интерпретация возможного нарушения временного неравенства Белла не является простой задачей, поскольку необходимо решить, от какого из двух предположений — реализма или полноты — следует отказаться. Исследователи утверждают, что для целей создания моделей познания более разумно предположить, что когнитивный реализм недействителен, тем самым отвергая идею о том, что решения можно рассматривать как полностью определяемые лежащими в их основе нейрофизиологическими процессами. Ключевым следствием может быть то, что у человека может не быть четко определенного суждения во все моменты времени, что может предложить понимание аспектов познания, которые до сих пор сопротивлялись формальному объяснению. Одним из таких примеров является создание ложных воспоминаний.
Ученые надеются, что будущие исследования помогут прояснить роль квантовой вероятности в когнитивном моделировании и прольют свет на сложный процесс, из которого состоят все наши воспоминания, мысли и личности.
Дополнительная информация: Джеймс М. Йерсли и Эммануэль М. Потос. «Оспаривание классического понятия времени в познании: квантовая перспектива». Труды Королевского общества B . DOI: 10.1098/rspb.2013.3056
© 2014 Phys.org. Все права защищены.
Цитата : В квантовой теории познания воспоминания создаются актом запоминания (17 марта 2014 г.) получено 24 июля 2023 г. с https://phys.org/news/2014-03-quantum-theory-cognition-memories.