Оперативная память человека: что общего между компьютером и мозгом / Хабр

Оперативная память

Оперативная память — Процессы запоминания, сохранения и воспроизведения информации, используемой для достижения частных целей деятельности.

В психологических экспериментах оперативная память проявляет себя почти как кратковременная. По крайней мере, временные рамки у них примерно одинаковы, хотя у оперативной памяти они все же немного шире. В классической общей психологии считается, что оперативная, как и долговременная, память формируется, проходя стадию кратковременной памяти. То есть человек, потребляя некоторую порцию информации, хранит ее сначала в кратковременной памяти, далее, если информация носит интересный, полезный для жизнедеятельности характер (допустим, адрес будущего места учебы или работы), она переходит в долговременное хранилище. Если же информация не имеет никакой ценности для картины мира, но при этом имеет значение для оперативной ситуации, то она переходит в оперативное хранилище (допустим, когда экспериментатор дает задание запомнить бессмысленные числа или набор слов или когда студент готовится к экзамену, но при этом не ставит задачу надолго выучить предмет).

Таким образом, получается следующее важное отличие оперативной памяти от кратковременной: из кратковременной информация уходит по трем направлениям: в долговременную, в оперативную, в никуда (забывается). Из оперативной памяти информация уходит лишь в никуда.

Современные исследователи и теоретики все больше склоняются к той точке зрения, что оперативная память это всего лишь подвид кратковременной памяти или — другими словами — некоторое функциональное состояние кратковременной памяти. Основной довод состоит в том, что воспроизведение информации это тоже функциональная задача. Когда в классических экспериментах на кратковременную память испытуемого просят запомнить и воспроизвести только что запомненные сведения, это такая же деятельность, как, скажем, складывание хранящихся в оперативной памяти чисел. И вообще мозг человека так устроен, что в нем нет блоков кратковременной памяти, оперативной, долговременной. В этом плане устройство мозга нельзя уподоблять компьютеру (современному, по крайней мере).

Когда кратковременная память работает в режиме оперативной, то, с одной стороны, довольно сильно повышается эффективность сиюминутного удержания оперативной информации, с другой стороны — резко снижается критичность к информации, ее осмысление, переход в долговременную память. Даже спустя пять минут может быть уже так, что человек не помнит какую-то довольно существенную информацию (домохозяйка не может вспомнить, клала она лавровый лист или не клала, студент не может вспомнить определение, которое только что переписал со шпаргалки, автомеханик не может вспомнить, сколько болтов он закрутил.

Можно предполагать, что природным механизмом, запускающим в действие оперативную память, является напряженное функциональное состояние. В случаях, когда человек вынужден решать интеллектуальные задачи за ограниченное время, запускается оперативная память. Именно поэтому ученые всех времен и народов любят заниматься наукой не спеша, в спокойной обстановке, для них качество важнее количества.

Оперативная память и ее отличия от других типов — Блог Викиум

Когда речь заходит о человеческой памяти, чаще всего люди обобщают данное понятие. Однако различают несколько видов памяти. Один из них — оперативная память.

Что такое оперативная память?

Под оперативной памятью в психологии подразумевают запоминание, которое совершается на определенный срок. Например, человек держит в голове рабочую информацию, потому что она ему необходима именно сейчас. После того как он выполнит то, что планировал, информация будет забыта.

Как используется оперативная память?

Необходимые данные из кратковременной памяти транслируются в оперативную, а после выполнения поставленной задачи вся информация улетучивается. В качестве примера можно привести следующую ситуацию: человеку необходимо приехать по определенному адресу, чтобы совершить покупку товара из рук в руки. Когда в голове откладывается нужный адрес, то сразу эта информация заносится в кратковременную память, а уже после в оперативную. В итоге, через несколько дней человек и вовсе забудет, по какому адресу он ездил. Подобное происходит и во время учебы, когда школьники или студенты готовятся к докладу.

Американские ученые доказали, что оперативная память тесно связана с интеллектуальным развитием. Объем оперативной памяти составляет не так много — всего 5 или 7 ячеек. Подобное говорит о том, что человек вполне может запомнить простой телефонный номер, только услышав его. Однако если цифр будет гораздо больше, как на мобильном, то вряд ли индивиду удастся воспроизведение информации.

Различия оперативной и кратковременной памяти

Кратковременная память очень похожа на оперативную, однако, она имеет и некоторые отличия. Кратковременная память выступает в виде цеха сортировки, когда человек получает информацию и распределяет ее. Оперативная же память является уже конечным пунктом, где информация используется, а потом забывается.

Мозг человека — орган достаточно сложный, от нормального функционирования которого зависит множество моментов. Именно поэтому ученые так до сих пор не пришли к единому мнению об оперативной памяти, является ли она отдельным компонентом или состоянием кратковременной. Если рассматривать оперативную память как состояние кратковременной, то можно заметить, что удержание нужных данных заметно отличается. Тем не менее, в этот момент можно увидеть ухудшения в работе критического мышления и возможности обдумывать информацию. Единого мнения относительно работы мозга и памяти на сегодняшний день не существует. Но большинство ученых склоняются к тому, что переключение мозга с одного режима на другой происходит в том случае, когда сроки максимально ограничены. Курс Викиум «Мнемотехники» поможет развить память и научиться запоминать большие объемы информации.

Читайте нас в Telegram — wikium

Что такое Память

Регистрационный номер:	ЛС-001577-180711
Торговое название препарата:	Ноопепт®
Химическое название:	этиловый эфир N-фенилацетил-L-пролилглицина
Лекарственная форма:	таблетки

Состав 

Каждая таблетка содержит: 
активное вещество: ноопепт (этиловый эфир N-фенилацетил-L-пролилглицина) – 10 мг, 

вспомогательные вещества: крахмал картофельный – 13,5 мг, лактоза моногидрат – 55 мг, целлюлоза микрокристаллическая – 21,2 мг, магния стеарат – 0,3 мг, повидон – 0,0008 мг.

Описание

Таблетки белого цвета, круглой формы, плоскоцилиндрические с фаской.
Фармакотерапевтическая группа: нооетропное средство. 
Код АТХ: [N 06 ВХ ].

Фармакологическое действие

Ноопепт® обладает ноотропным и нейропротективным свойствами. Улучшает способность к обучению и память, действуя на все фазы процессинга: начальную обработку информации, консолидацию, извлечение. Препятствует развитию амнезии, вызванной электрошоком, блокадой центральных холинергических структур, глютаматергических рецепторных систем, лишением пародоксальной фазы сна.
Нейропротективное (защитное) действие Ноопепта® проявляется в повышении устойчивости мозговой ткани к повреждающим воздействиям (травма, гипоксия, электросудорожное, токсическое) и ослаблении степени повреждения нейронов мозга. Препарат уменьшает объем очага на тромботической модели инсульта и предупреждает гибель нейронов в культуре ткани коры головного мозга и мозжечка, подвергнутых действию нейротоксических концентраций глютамата, свободно-радикального кислорода. 

Ноопепт® оказывает антиоксидантное действие, антагонистическое влияние на эффекты избыточного кальция, улучшает реологические свойства крови, обладая антиагрегационными, фибринолитическими, антикоагулянтными свойствами. 
Ноотропный эффект препарата связан с образованием циклопролилглицина, аналогичного по структуре эндогенному циклическому дипептиду, обладающему антиамнестической активностью, а также с наличием холинопозитивного действия.

Ноопепт® увеличивает амплитуду транскаллозального ответа, облегчая ассоциативные связи между полушариями головного мозга на уровне кортикальных структур. 

Способствует восстановлению памяти и других когнитивных функций, нарушенных в результате повреждающих воздействий — травма мозга, локальная и глобальная ишемия, пренатальные повреждения (алкоголь, гипоксия). 
Терапевтическое действие препарата у больных с органическими расстройствами центральной нервной системы проявляется, начиная с 5-7 дней лечения. Вначале реализуются имеющиеся в спектре активности Ноопепта® анксиолитический и легкий стимулирующий эффекты, проявляющиеся в уменьшении или исчезновении тревоги, повышенной раздражительности, аффективной лабильности, нарушений сна. После 14-20 дней терапии выявляется позитивное влияние препарата на когнитивные функции, параметры внимания и памяти. 

Ноопепт® обладает вегетонормализующим действием, способствует уменьшению головных болей, ортостатических нарушений, тахикардии. 

При отмене препарата не наблюдается синдрома отмены. 

Не оказывает повреждающего действия на внутренние органы; не приводит к изменению клеточного состава крови и биохимических показателей крови и мочи; не обладает иммунотоксическим, тератогенным действием, не проявляет мутагенных свойств.

Фармакокинетика

Этиловый эфир N-фенилацетил-L-пролилглицина, абсорбируясь в желудочно-кишечном тракте, в неизмененном виде поступает в системный кровоток, проникает через гематоэнцефалический барьер, определяется в мозге в больших концентрациях, чем в крови. Время достижения максимальной концентрации в среднем составляет 15 мин. Период полувыведения из плазмы крови – 0,38 ч. Частично сохраняется в неизмененном виде, частично метаболизируется с образованием фенилуксусной кислоты, фенилацетилпролина и циклопролилглицина. Обладает высокой относительной биодоступностью (99,7%), не кумулирует в организме, не вызывает лекарственной зависимости.

Показания к применению

Нарушения памяти, внимания и других когнитивных функций и эмоционально-лабильные расстройства, в том числе у больных пожилого возраста, при: 

• последствиях черепно-мозговой травмы
• посткоммоционном синдроме
• сосудистой мозговой недостаточности (энцефалопатиях различного генеза)
• астенических расстройствах
• других состояниях с признаками снижения интеллектуальной продуктивности

Противопоказания

Беременность, период лактации. Возраст до 18 лет. Гиперчувствительность к компонентам препарата. Дефицит лактазы, непереносимость лактозы, глюкозо-галактозная мальабсорбция. Выраженные нарушения функции печени и почек.

Способ применения и дозы

Ноопепт® применяется внутрь, после еды. Лечение начинают с применения препарата с дозы 20 мг, распределенной на два приема по 10 мгв течение дня (утром и днем). При недостаточной эффективности терапии и при хорошей переносимости препарата дозу повышают до 30 мг (см. «Особые указания»), распределяя её на три приема по 10 мг в течение дня. Не следует принимать препарат позднее 18 часов. Длительность курсового лечения составляет 1,5 – 3 месяца. Повторный курс лечения при необходимости может быть проведен через 1 месяц.

Особые указания

При необходимости увеличения дозы препарата (до 30 мг/сутки), при длительном применении, а также при одновременном применении с другими препаратами, появлении побочных реакций или ухудшении состояния следует обратиться к врачу.

Передозировка

Специфических проявлений передозировки не установлено.

Побочные действия

Возможны аллергические реакции. У больных с артериальной гипертензией, в основном тяжелой степени, на фоне приема препарата может наблюдаться подъем артериального давления.

Взаимодействие с другими лекарственными средствами 
Не установлено взаимодействие Ноопепта® с алкоголем, снотворными и гипотензивными средствами и препаратами психостимулирующего действия.

Форма выпуска

Таблетки 10 мг.
По 25 таблеток в контурной ячейковой упаковке из пленки поливинилхлоридной и фольги алюминиевой печатной лакированной.
2 контурные ячейковые упаковки вместе с инструкцией по применению в пачке из картона. 

Условия хранения

В сухом, защищенном от света месте, при температуре не выше 25 °С.
Хранить в местах, недоступных для детей.

Срок годности

3 года. Не использовать позже срока, указанного на упаковке.

Условия отпуска из аптек

Без рецепта врача.

Производитель:

ЗАО «ЛЕККО», Россия.
601125, Владимирская обл., Петушинский р-н, пос. Вольгинский, 
т/ф (49243) 71-5-52.

Претензии потребителей направлять в адрес ЗАО «ЛЕККО»:
601125, Владимирская обл., Петушинский р-н, пос. Вольгинский,  т/ф (49243) 71-5-52.

Оперативная память — зачем она нужна и как ее развить — Психология эффективной жизни

Оперативная память — удивительный вид памяти, который позволяет воплощать в жизнь задуманное, обрабатывать информацию во время чтения, запоминать услышанное и анализировать.

Это рабочая память, которой мы пользуемся постоянно при обработке любой информации. Если взрослый человек с трудом удерживает в памяти до 10 единиц информации, то он сталкивается со следующими трудностями:

— постоянно сбивается во время чтения;

— быстро забывает прочитанное;

— теряет мысль во время чтения или слушания лекции;

— постоянно вынужден все записывать;

— не может запомнить нужное быстро и точно за короткое время;

— медленно обучается;

— теряется в объемах информации;

— тяжело систематизирует прочитанное.

Оперативная память уникальна. Чем больше единиц информации вы можете удерживать в памяти, тем больше возможностей открывается перед вами.

Можно ли развивать оперативную память? Да. Не только можно, но даже нужно.

Вот несколько упражнений, которые я люблю делать со своими учениками.

1. Устный счет

Вы, наверное, замечали, что сайты по развитию интеллекта часто предлагают задания на устный счет. Зачем? Потому что это самый простой способ тренировать оперативную память.

Сначала вы решаете легкие примеры на сложение и вычитание в пределах 100, потом берете 1000, а затем переходите на 10 000.

Следующий этап — умножение и деление. Начать можно с повторения таблицы умножения, затем освоить умножение двузначных одинаковых чисел, например 11 на 11, 12 на 12 и т.д. Постепенно вы сможете делить не только двузначные, но и трехзначные числа.

Разные техники счета в уме можно найти в Интернете. Вы откроете для себя много нового, захватывающего и интересного в мире чисел, а самое главное, сможете передать знания своим детям.

Рекомендую заниматься этим 10–20 минут в день.

2. Таблицы для поиска чисел 1–90, 1–100, 1–250

Это достаточно сложное, но очень эффективное упражнение. Особенно когда вы стараетесь искать числа десятками. Таким образом, скорость поиска увеличивается, а в памяти вы постоянно держите числа из одного десятка.

Рекомендую просматривать одну-две таблицы за раз.

3. Судоку

Это замечательное задание для любого возраста. На первом этапе нужно научиться решать простые судоку (4 на 4, 6 на 6), а затем перейти на более сложные (8 на 8, 9 на 9 и др.).

Постепенно вы научитесь решать очень сложные судоку в разных вариациях. Напомню, что судоку заменяет сразу несколько тренажеров, в этом его важная особенность.

Рекомендую разгадывать судоку 10–20 минут в день.

4. Пазлы

Это мой любимый универсальный тренажер. Сначала вы учитесь как можно быстрее собирать пазлы из 24, 36, 54 штук. А затем переходите на большие — 80, 120, 160, 250.

Если вы любите собирать большие картины, попробуйте сделать это на время. Пазл из 500 деталей можно сложить за 4 часа. Это мой личный рекорд.

Пазл из 24 деталей мои ученики обычно складывают за 3 минуты. Это очень хороший результат. Один второклассник смог преодолеть этот барьер и сложил такой пазл за 1 минуту.

Особые результаты следует отметить у детей, которые занимаются спортом. Например, мальчик, о котором идет речь, занимается плаванием с рождения.

Также пазлы можно раскладывать в мобильных приложениях. Некоторые дети их очень любят. Пазл из 160 деталей одна моя ученица смогла собрать за 1 минуту 30 секунд.

Рекомендация — один пазл в день.

5. Спорт

Спорт тренирует не только физическое состояние организма, но и возможности интеллекта. И рекорд мальчика-пловца, о котором я рассказала выше, — хорошее тому подтверждение.

Чем лучше скорость вашей реакции, тем быстрее вы обучаетесь новому. В этом секрет спортсменов. Они легко нарабатывают новые навыки.

Рекомендация — бег, ролики, велосипед, плавание и т.д.

6. Рисование двумя руками

Рисование двумя руками одновременно не только хорошо тренирует оперативную память, но и развивает межполушарные связи. Слаженная работа двух полушарий дает преимущество в многочасовой интеллектуальной работе. Человек меньше устает и может больше сделать.

Рекомендация — использовать детские пособия. За раз выполнять два задания.

7. Письмо другой рукой

На том же принципе основаны и упражнения для тренировки письма другой рукой. Если вы правша, научитесь писать левой рукой, если левша — правой.

Зачем? Это не только выход за рамки обычного (то есть зоны комфорта) и развитие творческих способностей, но и активизация спящего резерва вашего мозга.

Рекомендация — писать другой рукой несколько предложений в день.

8. ТРИЗ

ТРИЗ — это нестандартные задачи, которые развивают умение находить решение в сложных ситуациях. Существуют задачи разных уровней сложности. Начните с самых простых — вам понравится!

Рекомендация — одна задача в день или решение своей ситуации нестандартным способом.

Желаю вам удачи в тренировках!

 

От редакции

Упражнения на память и внимательность хороши для развития интеллекта, но они не гарантируют вам способности мыслить четко и ясно, легко концентрируясь на нужной информации и отодвигая на второй план все лишнее. Развить же такой навык могут древние практики, о которых рассказывает психолог Илья Шабшин: https://psy.systems/post/glubzhe-chem-um-drevnie-praktiki-dlya-yasnosti-mysli.

Чтобы найти время для интеллектуальных тренировок, нужно научиться планировать свой день, правильно расставляя приоритеты. Life-технолог Екатерина Костина делится советами, как продумать план идеального дня в соответствии со своими жизненными ценностями и задачами: https://psy.systems/post/nachinaem-idealnuyu-zhiznn-s-idealnogo-dnya.

Оперативная память. Долговременная память

Что же такое компьютерная память?

Само понятие «память» ассоциируется у нас с памятью человека. Так и есть - память компьютера похожа на нашу память.

Мы способны помнить какие-то события всю жизнь, например, такие как дата рождения, порода любимой собаки, таблица умножения, а есть такие события, которые мы помним всего лишь некоторое время, например, когда звоним в справочную службу, чтобы узнать нужный номер телефона.

Так же и у компьютера есть две памяти:

Долговременная память — это память, где информация хранится долго. И только сам пользователь, если решит, что эта информация ему больше не нужна — может удалить.

И оперативная память, где информация хранится только до тех пор, пока компьютер включен.

Но все же понятия «память человека» и «память компьютера» отличаются между собой. Потому что работа компьютера зависит от заложенной в нем программы, а человек — сам управляет своими действиями.

Давайте разберемся с этими видами памяти более подробно, и начнем мы с оперативной памяти.

Данная память представляет собой последовательность ячеек, в которых может находиться (храниться) двоичный код, состоящий из восьми знаков.

Что касается нумерации ячеек, то она начинается с нуля.

Если же мы хотим, вычислить объем оперативной памяти компьютера, то для этого нам нужно количество информации, которая хранится в каждой ячейке, умножить на количество ячеек.

Количество информации, которая хранится в одной ячейке, равно. Если мы будем знать количество ячеек оперативной памяти, то с легкость можем рассчитать объем оперативной памяти компьютера. Например:

Тогда объем оперативной памяти компьютера равен количество информации, хранящейся в каждой ячейке, умноженное на количество ячеек, т.е.:

Оперативную память строят на модулях памяти. Эти модули представляют собой плоские пластины, на которых расположены электрические контакты. По бокам пластины размещаются большие интегральные схемы памяти, которые еще называют БИС.

Модули такой памяти устанавливаются в специальные разъемы, которые располагаются на системной плате.

Современные модули памяти имеют информационную емкость 2 или 4 Гигабайта.

С оперативной памятью мы немного разобрались, теперь давайте поговорим о долговременной памяти.

Как уже говорилось, долговременная память — это такая память, где информация хранится до тех пор, пока пользователь сам ее не удалит. Иногда эту память называют внешней.

Такая память может храниться на различных устройствах. К таким устройствам относятся:

- винчестер, еще его называют жесткий магнитный диск;

- оптические диски, например DVD;

- Flash-память, flash-диски;

- а также дискеты, которые иначе называют гибкие магнитные диски. Но они уже не используются в современных технологиях, т.к. у них маленькая информационная емкость.

Винчестер представляет собой несколько десятков тонких металлических дисков, которые помещены в металлический корпус и вращаются вокруг одной оси, и притом очень быстро.

Что касается информации, то она хранится в сегментах дисковой памяти, так называемых дорожках. Они состоят из нескольких участков, которые либо намагниченные, либо не намагниченные.

Если сравнить эти участки с компьютерным двоичным кодом, то намагниченному участку соответствует компьютерная единица, а не намагниченному — компьютерный ноль.

Если же мы записываем или считываем информацию с винчестера, то сверхминиатюрная магнитная головка устанавливается на определенную дорожку и начинает запись или считывание нужной нам информации. Такие головки могут считывать или записывать информацию более чем с сотни тысяч концентрических дорожек. Именно поэтому, емкость жестких дисков может достигать нескольких терабайт.

Так в процессе считывания информации с оптического диска луч лазера, который находится в дисководе, попадает на поверхность вращающегося диска и отражается.

Следовательно, поверхность диска на каждом участке отражается по-разному, если отражает — то это у нас намагниченный участок и ему соответствует компьютерная единица, и если не отражает — то это не намагниченный участок и ему соответствует компьютерный ноль.

И как вы уже поняли, то на диске информация хранится на одной дорожке, которая начинается от центра и идет к периферии, если внимательно посмотреть, то можно заметить, что дорожка по своей форме похожа на раковину улитки.

Рассмотрим устройство оптических дисков.

Оптические диски бывают различных типов, например, СD, CD-RW, DVD, DVD-RW и Blu-ray.

Как вы уже знаете, информационная емкость СD и CD-RW дисков небольшая, всего лишь 700 Мегабайт. А вот DVD и DVD-RW имеют гораздо больше памяти для записи, чем СD и CD-RW диски. Их информационный объем достигает до 4,7 Гигабайт.

На СD-RW и DVD-RW информацию можно перезаписывать, а на CD-R и DVD-R - нельзя.

Но что касается Blu-ray дисков, то у них информационная емкость огромная, по сравнению с предыдущими дисками. Информационная емкость Blu-ray диска зависит от количества слоев на диске. Он может быть однослойный, двухслойным, трехслойном и т.д.

Например, если же у нас Blu-ray диск — однослойный, то его память равна 25 Гигибайт, если же двухслойный, то 50 Гигабайт, трехслойный — 100 Гигабайт и т.д.

Это мы рассмотрели устройства, относящиеся к магнитной долговременной памяти и к оптической долговременной памяти, Но существует еще одна память — это энергонезависимая долговременная память. К такой памяти относятся карты flash-памяти и flash-диски.

Карты flash-памяти и flash-диски называют энергонезависимыми, потому что они используют энергию только для записи и считывания информации, а для хранения — нет.

Также данные устройства по своему строению немного проще, чем предыдущие, они не имеют никаких движущихся частей, поэтому они более надежны и компактны.

За счет своей компактности и низкому потреблению энергии flash-память используется в цифровых фото- и видеокамерах, MP3-плеерах, мобильных телефонах и т.д.

Т.к. современные технологии развиваются, то на смену дискетам и CD дискам пришли USB-диски, именно поэтому некоторые фирмы перестали выпускать компьютеры с дисководом гибких дисков.

На данный момент ассортимент USB flash-накопителей очень велик. Они отличаются между собой формой, емкостью и быстродействием.

Виды памяти

В деятельности человека, управляющего людьми или техникой, в той или иной мере проявляются все основные виды памяти.

Если классифицировать память по времени, то можно выделить следующие ее виды: кратковременную, оперативную и долговременную. Основное различие между ними — это время хранения информации. Кратковременная память обеспечивает хранение поступившей информации в течение секунды или минуты, долговременная — в течение дня, месяца, года или всей жизни.

В кратковременной памяти информация хранится не более 20 с. В дальнейшем информация преобразуется, анализируется, обрабатывается субъектом, такого рода память уже ближе к долговременной. Можно сказать, что кратковременная память — это как бы фотография объектов, воздействующих на органы чувств.

Оперативная память представляет собой способность человека сохранять текущую информацию, необходимую для выполнения того или иного действия; длительность хранения определяется временем выполнения данного действия. Простейший пример оперативной памяти — сохранение первых слов принимаемого речевого сообщения в течение всего времени его аудирования.

При переводе информации из кратковременной в оперативную происходит ее селекция по критериям, определяемым задачей, которую решает человек.

Долговременная память хранит информацию впрок, для предстоящей деятельности. При переводе информации из кратковременной памяти в долговременную происходит ее дальнейшая селекция и вместе с тем реорганизация. Информация приобретает форму, в которой она может быть успешно «присвоена» субъектом деятельности. Соотношение между кратковременной, оперативной и долговременной видами памяти зависит от задач, решаемых субъектом данной деятельности, и от структуры самой деятельности. В одних случаях ведущее место принадлежит кратковременной памяти, в других — долговременной.

Кратковременная память связана, прежде всего, с первичной ориентировкой в окружающей среде и поэтому направлена главным образом на фиксацию общего числа вновь появляющихся сигналов вне зависимости от их информационного содержания. Оперативная память направлена на сохранение текущей информации в рамках конкретной деятельности или конкретного действия. Долговременная память ориентирована на будущее, на сохранение индивидуального опыта личности.

Субъект деятельности получает информацию благодаря разным органам чувств: зрению, слуху, обонянию, осязанию и вкусу. Соответственно выделяют: зрительную, слуховую, обонятельную, осязательную и вкусовую память. Соотношение перечисленных видов памяти в реальной деятельности зависит от характера деятельности и от индивидуальных особенностей работника, который будет опираться на наиболее развитый вид памяти.

Кроме того, в зависимости от характера запоминаемой информации можно выделить: память на слова (вербальная память), память на образы (образная), память на движение (моторная), память на эмоции, чувства, переживания (эмоциональная), а также память на расположение предметов в пространстве, на временные отрезки, на числа, фамилии, лица и т.д.

Особое значение имеет деление памяти на непосредственную и опосредованную по критерию развитости процессов запоминания. Непосредственная память отличается слабой обработкой запоминаемого материала. В этих случаях субъект просто заучивает материал, многократно повторяя его, зазубривает или стремится запечатлеть информацию. Такого рода запоминание и называется памятью без средств, т.е. без обработки запоминаемого материала. В тех случаях, когда человек ищет способы запоминания, осмысливает, анализирует, сравнивает материал и т.д., речь идет о принципиально ином, качественно более высоком запоминании, о логическом, опосредствованном, т.е. с помощью каких-либо средств.

память компьютера. Сравнение оперативной памяти компьютера с памятью человека

А как работает Ваше ОЗУ? И я сейчас спросил Вас не об устройстве компьютерного блока ОЗУ. Хотя нет и о нем тоже. Наша оперативная память эта та память, которая помогает нам ежедневно. — Вот иду я в комнату к сыну и бац, забыл, зачем пришел. «Попробуй увеличить ОЗУ папаня» — ответ в духе сегодняшнего поколения.

Кратковременная память человека довольно интересная штука, из-за неё у каждого из Вас происходили смешные и неказистые ситуации. Так чем отличается наша кратковременная память, от ОЗУ и какая связь между ними, как работает ОЗУ?

На примере компьютера всё выглядит ясно и просто. ОЗУ работает тогда, когда компьютер включен. В неё записываются все необходимые данные разнообразных программ, первая операционная система, дальше больше! Именно из оперативной памяти, процессор-мозг компьютера, считывает данные и начинает использовать их в соответствии с командами. Если этого не происходит, то мы бежим в ремонт компьютеров с возгласом: — у меня черный экран и всё! Причем «всё» такое знаете, классическое, немного женское, Всё!. Для чего конкретно нужна оперативная память:

— хранение информации во время её обработки;
— хранение команд и действий, и активное сотрудничество с кэш-памятью;
— также она служит для записи и чтения содержания ячеек памяти.

Без оперативной памяти компьютер в принципе может работать, правда, в режиме «слоупока». Так как жесткий диск — желудок компьютера! При этом это плохой желудок, там столько всего и переваривает информацию он так медленно, что пришлось создать ОЗУ. Чтобы увеличить ОЗУ достаточно купить пару плат, а как насчет памяти человека?

Немного о нашей с Вами кратковременной памяти

У нас тоже есть оперативная память, кто знает, возможно, идея ОЗУ родилась благодаря нашей кратковременной памяти. Мы часто её используем, и без неё выжить в таком потоке информации было бы проблематично. Вы замечали, что когда Вам срочно необходимо запомнить что-то не интересное, но нужное, Вы запоминаете это, а потом благополучно забываете. Но следуя сегментам памяти, наш совершенный мозг может найти фрагменты и вернуть информацию. При этом, чем чаще мы вспоминаем, тем легче нам дается доступ. Самый яркий пример — экзамен: выучил, сдал, забыл, если не записал. Так работает память, причем и память компьютера тоже. Все наши идеи сначала приходят в кратковременную память, если они нам не нравятся, то они не записываются и вспомнить будет тяжело.

Немного о сне

Во сне мы не в силах записать в долгосрочную память свои мысли, так как, наш мозг выключен и отдыхает.

— Где мои ключи (носки, рубашка… продолжите сами) дорогая?
— Там же, где и вчера!

Из этого следует, что женщины вовремя смогли увеличить память ОЗУ! Нет, наверно это из-за того, что мужчинам не свойственно думать о мелочах, в которых мы так нуждаемся. Но зато на вопрос, где деньги? Моя супруга отвечает однообразно и односложно, какие деньги? Впрочем, этим же приёмом пользуемся и мы, приходя с зарплатой! Берегите свою память и стремитесь увеличить ОЗУ компьютера!

Каков объем памяти человеческого мозга?

Объем памяти человеческого мозга среднего взрослого человека может хранить триллионы байтов информации. В Стэнфордском исследовании сообщалось, что одна кора головного мозга имеет 125 триллионов синапсов. В другом исследовании сообщалось, что 1 синапс может хранить 4,7 бита информации. Нейроны — это клетки, которые обрабатывают и передают сообщения в мозгу, а синапсы — это мосты между нейронами, по которым передаются передаваемые сообщения.Запуск чисел — 125 триллионов синапсов — 4,7 бит / синапс и около 1 триллиона байтов, равных 1 ТБ (терабайту).

Эта емкость хранилища составляет более 74 терабайт (только в коре головного мозга)

Если у вас достаточно новый компьютер, планшет или смартфон, вы понимаете фразу «мегабайты» и «гигабайты», это знание может помочь оценить огромные возможности вашего мозга для хранения информации.

Персональные компьютеры раннего поколения имели — в лучшем случае — несколько мегабайт и жестких дисков для хранения информации.Это несколько миллионов единиц цифровой памяти — в то время казалось много, но по сегодняшним меркам мало.

Например, современные смартфоны нередко имеют объем памяти « гигабайт, » (16 ГБ, 64 ГБ, 128 ГБ) или больше.

Для сравнения: компьютер на борту первого космического корабля «Аполлон», который приземлился на Луну, имел операционную систему с объемом памяти всего 64 килобайт (64 КБ). Компьютер в этом примере мог обрабатывать чуть более 64 тысяч байтов, что составляет чуть более 64 тысяч символов информации.Сегодня у большинства цифровых тостеров больше вычислительной мощности, чем у Apollo 11, а ваш средний смартфон буквально на световые годы опережает компьютер, который управлял этим космическим кораблем.

Возвращаясь к человеческому мозгу, согласно статье 2010 года в Scientific American , объем памяти человеческого мозга был эквивалентен 2,5 петабайт объема памяти. В качестве числа « петабайт » означает 1024 терабайта или миллион гигабайт, так что мозг среднего взрослого человека может хранить эквивалент 2.5 миллионов гигабайт цифровой памяти.

Для сравнения, согласно Computerworld , Yahoo — интернет-гигант — создал специально построенное «хранилище данных» объемом 2,0 петабайт . Yahoo использует огромную емкость этого хранилища данных для анализа поведения полумиллиарда посетителей в месяц. «Это не только самая большая база данных в мире, но и самая загруженная», — сообщает журнал.

Для сравнения: собственное массивное хранилище данных IRS, которое отслеживает более 300 миллионов американцев и многие другие миллионы предприятий, имеет емкость 150 терабайт памяти.И все же вычислительный центр Yahoo объемом 2,0 петабайт , который может обрабатывать 24 миллиарда «событий» в день, на целых 20 процентов меньше, чем емкость одного человеческого мозга.

Человеческий мозг — действительно чудо, обладающий большими возможностями, чем большинство из нас может себе представить. По мере появления новых исследований — это только вопрос времени, когда мы действительно узнаем, сколько человеческий мозг может хранить. Человеческий мозг и нервная система подвержены тем же проблемам, что и любая другая часть нашего тела, и мы в ЦНС здесь, чтобы помогать людям управлять — или возвращать — свой мозг и нервную систему на максимальную работоспособность.

Развитие оперативной памяти | PNAS

Природа рабочей памяти человека (WM) была тщательно исследована, и за последние полвека были опубликованы тысячи статей и книг по этой теме. Вскоре будут изложены некоторые из основных результатов этого исследования. Однако мы почти ничего не знаем о том, как развивалась WM. Для этого (если мы хотим выйти за рамки правдоподобных предположений) нам нужны подробные сравнительные исследования. Однако, как мы увидим, таких исследований было проведено на удивление мало.Тем не менее, возникающий консенсус относительно природы человеческого WM позволяет нам сформулировать ряд вопросов или альтернативных гипотез относительно возможных различий между человеческим и животным WM. На некоторые из них можно ответить, по крайней мере, ориентировочно, исходя из результатов существующей работы. Однако их также следует использовать для построения и руководства будущими сравнительными экспериментами.

Рабочая память у людей

WM — это общая подсистема разума, которая позволяет активировать и поддерживать (иногда посредством активной репетиции) набор ментальных представлений для дальнейшего манипулирования и обработки.Обычно считается, что содержимое рабочей памяти осознано. В самом деле, многие идентифицируют эти две конструкции, утверждая, что представления становятся осознанными после проникновения в WM (1). Обычно считается, что WM состоит из исполнительного компонента, который распределен в областях лобных долей, работающих вместе с сенсорными областями коры в любой из различных модальностей чувств, которые взаимодействуют посредством процессов внимания (2). Также широко признано, что WM весьма ограничен по объему, ограничен тремя или четырьмя блоками информации одновременно (3).Более того, существуют значительные и стабильные индивидуальные различия в способностях WM между людьми, и было обнаружено, что они позволяют прогнозировать сравнительную производительность во многих других когнитивных областях (4). В самом деле, они составляют большую часть (если не всю) дисперсию жидкого общего интеллекта, или g (5).

Считается, что основным механизмом WM является внимание, контролируемое исполнительной властью (2, 6). Именно путем нацеливания внимания на репрезентации в сенсорных областях последние получают доступ к WM, и таким же образом они могут поддерживаться там посредством постоянного внимания.Считается, что само внимание выполняет свою работу, усиливая активность целевых групп нейронов сверх порога, при котором информация, которую они несут, становится «глобально транслируемой» широкому кругу концептуальных и аффективных систем по всему мозгу, одновременно подавляя активность конкурирующих популяции нейронов (1, 7, 8). Эти потребительские системы для представлений WM могут создавать эффекты, которые, в свою очередь, добавляются к содержимому WM или влияют на исполнительные процессы и направление внимания.Именно благодаря таким взаимодействиям WM может поддерживать расширенные последовательности обработки общего вида.

Также широко признано, что WM и долговременная (особенно эпизодическая) память тесно связаны. Действительно, многие утверждают, что представления, хранящиеся в WM, активируют долговременную память (9). Это может показаться несовместимым с утверждением, что представления WM являются сенсорными. Однако эти две точки зрения можно частично согласовать, отметив, что большинство моделей утверждают, что долговременные воспоминания не хранятся в отдельной области мозга [хотя гиппокамп действительно играет особую роль в связывании целевых репрезентаций в других регионах (10). )].Скорее, информация хранится там, где она производится (часто в сенсорных областях коры головного мозга). Более того, хотя внимание, направленное на сенсорные области среднего уровня мозга, кажется необходимым (и, возможно, достаточным) для того, чтобы репрезентации попали в WM, информация более абстрактного концептуального типа может быть связана с этими репрезентациями в процессе глобального вещания (11). В результате, фигуры в WM часто являются сложными сенсорно-концептуальными репрезентациями, такими как звук слова вместе с его значением или вид лица, воспринимаемого как лицо матери.

Последний фактор, который следует подчеркнуть, заключается в том, что WM также тесно связана с моторными процессами, вероятно, исключая механизмы прямого моделирования действий, которые первоначально возникли для онлайн-контроля моторики (12, 13). Всякий раз, когда производятся моторные инструкции, эфферентная копия этих инструкций отправляется в набор систем эмуляторов для построения так называемых «прямых моделей» действия, которое должно произойти. Эти модели построены с использованием нескольких сенсорных кодов (в первую очередь проприоцептивных, слуховых и визуальных), так что они могут быть согласованы с афферентными сенсорными представлениями, производимыми самим действием по мере его развертывания.Два набора представлений сравниваются, выдают измененные моторные инструкции, если действие не происходит должным образом. Эти же системы затем используются в мысленной репетиции действия, но с подавлением инструкций для мускулов. Получающиеся в результате сенсорные передние модели, если на них направлено внимание, могут получить доступ к WM. Следовательно, можно представить себя говорящим что-то и «услышать» результат в так называемой «внутренней речи» или можно представить себя делающим что-то и «увидеть» или «почувствовать» результаты в визуальном или проприоцептивном воображении.

Прежде чем мы приступим к рассмотрению свидетельств WM у животных, важно отличить WM от двух других форм памяти, с которыми его иногда объединяют. Один из них — это кратковременная сенсорная память, которая может сохранять информацию в сенсорной коре в течение примерно 2 секунд при отсутствии внимания. Эти представления могут вызывать прайминговые эффекты, даже не будучи сознательными (14). (Тем не менее, они могут прийти в сознание, если внимание будет направлено на них до того, как они умрут. Рассмотрим известный пример, когда вы замечаете, что часы бьют только при третьем звонке, и в то же время вспоминаете два предыдущих удара.Эти представления сенсорной кратковременной памяти также можно использовать для онлайн-руководства действиями в отсутствие внимания (15). Содержимое WM, напротив, зависит от внимания и сознательно и может удерживаться в активном состоянии до тех пор, пока на него направлено внимание. (Обратите внимание, однако, что внимание весьма чувствительно к помехам, поэтому поддерживать репрезентативность в WM в течение длительного периода времени отнюдь не просто.) Этот факт лучше всего интерпретировать как тесты сенсорной кратковременной памяти.Таким образом, рассмотрим открытие, что шимпанзе и павианы могут надежно вспомнить случайную последовательность пространственных положений до предела от пяти до шести элементов (или, в случае одного животного, до девяти элементов) (16, 17). Временные задержки в этих экспериментах составляют доли секунды, при этом реакция животных на всю последовательность обычно выполняется очень быстро в течение периода около 2 с. Таким образом, хотя эти задачи могут включать WM, данные могут быть объяснены только с точки зрения кратковременной сенсорной памяти.

Другой контраст — с тем, что в человеческой литературе иногда называют «долговременной рабочей памятью» (18). Представления долгосрочной рабочей памяти — это те представления, которые больше не входят в активное содержимое WM (слишком долго выпадали из фокуса внимания), но которые остаются легко доступными для процессов WM. Иногда эти представления были недавно активированы из долговременной памяти, но иногда они касаются стимулов, которые ранее были закодированы в WM, но были забыты в течение нескольких минут.Считается, что долгосрочные WM важны для понимания речи и текста, а также лежат в основе таких явлений, как способность кондуктора узнать, кто из десятков пассажиров автобуса уже заплатил за билет, а кто только что прибыл.

В этом контексте важно отметить, что в многочисленных сравнительных исследованиях животных, таких как те, которые используют лабиринт с лучевыми рукавами с грызунами, используется термин «рабочая память», когда на самом деле это форма долговременной WM, которая измеряется. Используемые временные рамки, а также количество элементов, которые можно отозвать, намного превышают человеческие возможности WM.В самом деле, некоторые авторы совершенно четко заявляют, что «рабочую память» в таких исследованиях следует определять как память, которая используется во время сеанса тестирования (часто длится минуты или часы), но не обычно между сеансами тестирования (например, на следующий день) ( 19, 20).

Эмпирически можно отличить WM от всех форм долговременной памяти по его чувствительности к вмешательству внимания. Информация, хранящаяся в WM, будет потеряна, если субъекты будут отвлекаться и полностью переключить свое внимание на другие вопросы.Напротив, долгосрочные воспоминания в таких обстоятельствах просто разрушаются с нормальной скоростью. Авторы исследования последовательной позиционной памяти у шимпанзе, описанного выше (16), например, отмечают, что в некоторых случаях испытуемый прерывался на несколько секунд из-за громкого возмущения в соседней клетке, но, тем не менее, мог завершить последовательность. Хотя авторы предполагают, что такое поведение проявляется в работе WM, на самом деле это маловероятно (16). Неизменяемая производительность после постоянного и полного отвлечения внимания — признак того, что WM участвует в долгосрочной перспективе.

Рабочая память у животных

Как мы видели, существует ряд аспектов или компонентов нормальной функции WM у людей, включая способность поддерживать, репетировать и манипулировать активными репрезентациями с ограничением сигнатуры от трех до четырех элементов или куски информации. Мы также знаем, что WM зависит от внимания и критически зависит от способности противостоять вмешательству со стороны конкурирующих представлений. Более того, мы знаем, что WM играет центральную роль во многих аспектах разумной человеческой жизни.В результате существует ряд возможных позиций, которые можно занять относительно сравнительной психологии WM. Они перечислены ниже и организованы примерно с учетом того, насколько велика пропасть, которую они видят между способностями животных и нами. После этого они будут по очереди обсуждаться и оцениваться в свете имеющихся доказательств.

• 1) Животные вообще лишены способностей к ВМ. У них (как и у людей) есть формы сенсорной кратковременной памяти, которые могут сохранять реверберирующую информацию в сенсорной коре в течение примерно 2 секунд после удаления стимула, но у них нет способности поддерживать или обновлять эти представления.

• 2) Животные действительно обладают способностью поддерживать представление объекта или события за пределами 2-секундного окна сенсорной кратковременной памяти, но это очень ограниченная способность — возможно, она ограничена одним или двумя фрагментами в сравнение с ограничением от трех до четырех человек.

• 3) Животные, как и люди, могут поддерживать от трех до четырех блоков информации в WM, но только при отсутствии помех. Их способности ослабевают (или становятся намного слабее), когда требуется выполнить двойную задачу или игнорировать промежуточные отвлекающие предметы.

• 4) Животные обладают способностями поддерживать представления, которые были активированы снизу вверх, но им не хватает способности активировать представление ab initio, используя внимание сверху вниз, чтобы вставить его в глобальное рабочее пространство. В основном им не хватает воображения.

• 5) Животные могут создавать и поддерживать представления в WM, но у них нет возможности использовать мысленные репетиции действий для создания содержимого для WM. [Некоторые исследователи используют термин «репетиция» для обозначения процесса освежения, который поддерживает краткосрочные сенсорные репрезентации в WM (21).Я буду использовать его (как это обычно делается) для обозначения автономных репетиций схем действий, которые можно использовать для заполнения и поддержки некоторого содержимого WM.]

• 6) Животные могут создавать, поддерживать и репетировать представления в WM, но у них ограниченные возможности для управления этими представлениями, их преобразования и организации в эффективные последовательности решения проблем контролируемым образом.

• 7) Животные обладают способностями поддерживать, репетировать и манипулировать представлениями в WM, так же как и наши собственные.Однако люди уникальны в том, в какой степени они используют свои способности WM. В частности, люди часто используют WM способами, не имеющими отношения к какой-либо текущей задаче (составляя так называемую «сеть по умолчанию»), тогда как использование WM животными всегда или обычно ориентировано на выполнение задач.

• 8) Животные обладают способностями WM, во многом такими же, как и мы, и могут даже постоянно их использовать. Однако они различаются видами репрезентаций, которые они могут использовать в WM (в частности, из-за отсутствия лингвистических способностей животные не могут генерировать внутреннюю речь), а их более ограниченный концептуальный репертуар ограничивает степень, в которой их производительность WM может выиграть от разбиения на фрагменты.

В настоящее время у нас отсутствуют доказательства, необходимые для тщательной оценки любой из этих гипотез, помимо №1 и №8 списка. Однако есть данные, которые прямо касаются некоторых из них, и некоторые из них более правдоподобны, чем другие, исходя из теории. Для решения этих вопросов нам необходимы постоянные исследовательские усилия сравнительных психологов.

1. Нет возможности обновлять и поддерживать?

Самая крайняя позиция — отрицать, что животные вообще обладают способностями к WM.Тем не менее у животных есть формы долговременной памяти, а также кратковременной сенсорной памяти. Но у них нет способности обновлять и поддерживать сенсорную активность в отсутствие стимула или сохранять представления активными и доступными в течение более длительных периодов времени.

Имеется обширный объем данных, достаточный, чтобы исключить эту возможность, большая часть из которых использует задачи сопоставления с образцом или несоответствия с образцом. (Напомним, что данные экспериментов на животных с использованием радиального лабиринта включают в себя слишком большие временные рамки, чтобы служить прямыми проверками способностей WM.) Эти задания требуют, чтобы животное запомнило личность или местонахождение стимула более чем на несколько секунд. Сами по себе эти результаты, конечно, не могут различить вклад WM и долговременного WM, и, несомненно, в расширенных интервалах будет задействована долговременная память. Однако из таких исследований мы также знаем, что в префронтальной коре есть нейроны, зависящие от содержимого, которые демонстрируют устойчивую активность в течение интервалов удержания, которые составляют не менее нескольких секунд (22).Более того, многое из того, что мы знаем о нейрофизиологии систем внимания и ВМ человека, изначально получено из работ подобного рода, проводимых с обезьянами (23–25). Таким образом, мы можем быть уверены, что механизмы, лежащие в основе производительности WM в задачах сопоставления с образцом, сохраняются у приматов, и, возможно, в более широком смысле.

Кроме того, многочисленные другие исследования требовали, чтобы животные поддерживали представление целевого стимула активным за пределами 2-секундного окна сенсорной кратковременной памяти.Некоторые использовали параллельные тесты смещения объектов с обезьянами и человеческими детьми, с очень похожими результатами во всех группах (26). Другие исследовали как обезьян, так и собак, чтобы увидеть, будут ли они продолжать поиск предмета, который они видели помещенным в «волшебную чашу» после того, как они неожиданно извлекли предмет другого типа с положительными результатами (27).

Предположение о том, что базовые способности WM довольно широко распространены среди животных, получает дополнительную поддержку со стороны нейробиологии, учитывая тесную связь между системой WM и эпизодической памятью.(Это будет снова обсуждаться в Lack of Imagination? ниже, где мы рассматриваем поведенческие свидетельства эпизодической памяти у животных. Однако обратите внимание, что WM — это рабочее пространство, в котором эпизодические воспоминания активируются и поддерживаются сверху вниз. системы внимания (и мы уже отметили, что сети внимания гомологичны, по крайней мере, у приматов). Это потому, что механизмы мозга, поддерживающие эпизодическую память, очень консервативны у млекопитающих. В частности, все млекопитающие имеют гомологичные структуры гиппокампа и парагиппокампа, организованные в гомологичные субрегионы, которые имеют сильные реципрокные связи с областями лобной коры (28).Эти структуры служат для интеграции и хранения информации о том, что произошло, где это произошло и когда это произошло (29). В самом деле, даже птицы, по-видимому, имеют сходную и, по крайней мере, частично гомологичную сеть (28).

2. Ограничение по одной или двум позициям?

Некоторые утверждают, что обезьяны, не являющиеся людьми, имеют ограничение WM в два предмета, в отличие от человеческого лимита WM в три-четыре части (30). Однако это утверждение основано на сомнительном анализе требований WM для различных задач, которые обезьяны не могут решить, и предполагает, что отказ не является результатом других источников, таких как непонимание физических сил и их эффектов.Напротив, экспериментальная работа с животными предполагает, что их пределы WM могут находиться в пределах человеческого диапазона. Рассмотрим, например, тест последовательного воспроизведения положения, проведенный с обезьяной макакой, смоделированный на основе тестов, которые использовались с людьми (31). Интервал удерживания, требуемый в этом тесте, составлял около 4 с для первого элемента в последовательности, увеличиваясь до 11 с для четвертого, что помещает его прямо в область WM. Обезьяне удалось вспомнить первые три элемента последовательности, но случайно запомнил четвертый.Эксперимент также продемонстрировал очень похожий профиль новизны, латентности и других эффектов, обычно встречающихся у людей, предполагая, что оба вида используют гомологичный механизм WM с аналогичными пределами.

Следует, однако, подчеркнуть, что работа над человеческим WM, демонстрирующая, что он имеет предел емкости от трех до четырех блоков [вместо знаменитого 7 ± 2 (32) Миллера], была сосредоточена на чистой функции поддержания памяти WM. . Большое внимание было уделено тому, чтобы исключить другие стратегии для поддержания представлений в WM, такие как скрытые мысленные репетиции и информационные фрагменты, которые могут еще больше расширить его общие возможности (3).Напротив, в только что описанном серийном тесте на вспоминание обезьяна могла использовать мысленные репетиции своих запланированных движений, чтобы поддержать свой WM последовательности позиций, тем самым расширив свои чисто поддерживающие память пределы. Это соответствовало бы заявленному лимиту WM от одного до двух элементов.

Однако другие данные о животных, предполагающие пределы WM в человеческом ареале, не так легко критиковать. Например, с использованием парадигм, которые ранее использовались с человеческими младенцами, было показано, что обезьяны могут отслеживать от трех до четырех предметов еды, помещенных последовательно в один из двух непрозрачных контейнеров (внутри которых эти предметы остаются вне поля зрения в течение периода около 10 минут). хотя бы несколько секунд).Обезьяны надежно различают контейнеры, содержащие два предмета против трех, а также три предмета против четырех, но не три предмета против пяти (33). Можно задаться вопросом, почему эти данные не демонстрируют, что у обезьян ограничение WM составляет семь (три предмета в одном контейнере и четыре в другом), а не четыре. Ответ заключается в том, что сравнение контейнеров выигрывает от разбиения на фрагменты, а не просто отражает необработанные пределы хранения. (То же самое относится и к данным о младенчестве.)

Подобные тесты были проведены с лошадьми, показавшими, что они могут различать ведро, в которое были помещены два яблока, и одно, содержащее три яблока, и не могли различить ведра, содержащие четыре яблока. и шесть яблок соответственно (34).В таких экспериментах кажется маловероятным, что животным было бы полезно разделение на части, потому что все предметы относятся к одному типу. Точно так же неясно, как невербальные формы поведенческой репетиции могут помочь в решении задачи (особенно в случае лошадей, чей репертуар действий так сильно отличается от репертуара человека-демонстратора). Таким образом, показанный здесь предел от трех до четырех элементов, скорее всего, отражает их чистую способность удержания WM. Однако до тех пор, пока сравнительные психологи не будут использовать прямые тесты простых способностей к удержанию WM, которые можно проводить параллельно со взрослыми людьми, детьми и представителями различных других видов животных, мы не сможем знать наверняка.

Однако эти результаты вызывают недоумение. Ибо, как отмечалось ранее, вариации в способностях WM у людей являются надежными предикторами жидкости g . Однако кажется, что даже у обезьян диапазон WM находится в пределах человеческого диапазона. * Это может привести к тому, что можно ожидать одинаковых общих способностей к обучению у всех приматов, что явно неверно. Потенциальное решение загадки возникает, когда мы отмечаем, что простой удерживающий компонент WM — это , а не , надежный предсказатель жидкости g у людей (при этом он не стабилен у одного человека в отдельных случаях тестирования).Скорее, только сложные задачи диапазона и так называемые задачи «n-back» приводят к стабильным результатам с течением времени и являются надежными предикторами g (37). (В сложном тесте диапазона нужно выполнить другую задачу, например, оценить, имеет ли смысл одновременно представленное предложение, или выполнить простую ментальную арифметику, сохраняя при этом несвязанный список в WM. В задаче n-back необходимо выполнить отслеживать n-й предыдущий элемент в непрерывно представляемой серии, что требует от человека сопротивления помехам от подобных воспоминаний.Более того, в настоящее время выясняется, что именно обучение выполнению заданий n-back — а не простых заданий диапазона — приводит к долгосрочным улучшениям в Fluid g (38, 39, но см. Также ссылку 40).

Одна из возможных интерпретаций этого набора результатов состоит в том, что нет стабильных различий в простой продолжительности жизни между людьми или между видами приматов. (В результате простые тесты диапазона измеряют только шум, вносимый эндогенными факторами или окружающей средой.) Все стабильные различия между людьми (и между видами) могут заключаться в гибкости, с которой распределяется внимание, а также в используемых стратегиях удержания. как способность игнорировать источники помех целевым представлениям WM.

3. Неспособность противостоять помехам?

Контролируемых экспериментов, сравнивающих способности людей и других животных противостоять вмешательству в представления WM, не проводилось. Ясно, что виды сложных задач, которые использовались с людьми, не подходят для этой цели, потому что большинство из них требует лингвистических способностей. Тем не менее, были проведены тесты с мышами, которые обнаруживают нечто очень похожее. Некоторые из них могут быть адаптированы для межвидового сравнения.

Недавние исследования на мышах выявили общий фактор интеллекта, который объясняет около 40% дисперсии по ряду разнородных учебных задач (41). Более того, хотя этот фактор g не имеет значительной корреляции с показателями простого удержания WM, он сильно коррелирует с выполнением более сложной задачи WM, в которой животные должны сопротивляться вмешательству со стороны конкурирующих воспоминаний (42). В обоих случаях животных сначала обучали на двух визуально различных лабиринтах с лучевыми рукавами, расположенных в одной комнате.В тесте на удержание WM животные были прикованы к центральному отсеку одного из лабиринтов на фиксированный интервал 60 или 90 с, сделав свои первые четыре правильных выбора, прежде чем им разрешили завершить поиск. Напротив, в тесте на вмешательство WM животные были удалены из первого лабиринта, сделав три правильных выбора, и помещены во второй лабиринт; после трех правильных выборов их возвращали в первый лабиринт, пока они не сделали еще три правильных выбора, и так далее.Тот факт, что результативность теста WM на интерференцию, но не теста WM удерживания коррелирует с показателем г у мышей, наводит на мысль о механизмах WM, гомологичных человеческим.

Можно спросить, действительно ли этот и другие эксперименты, проведенные в той же лаборатории, измеряют активную WM, а не долгосрочную WM. Ибо как мы можем узнать, что мыши сохраняли изображение уже посещенных рук активным в фокусе внимания? Действительно, в экспериментах с крысами, использующими радиальный лабиринт с восемью рукавами, крысы обычно демонстрируют почти идеальные характеристики на последних четырех рукавах лабиринта после задержки на несколько часов после посещения первых четырех рукавов, что позволяет нам быть вполне уверенными. эта долговременная память задействована (20).Однако, поразмыслив, мы можем быть уверены, что активная WM тоже используется. Таким образом, хотя тесты могут не подходить для измерения диапазона WM (поскольку используются как краткосрочные, так и долгосрочные WM), они могут позволить нам сделать выводы о взаимосвязи между WM и g .

Почему тесты, использующие прерывистый поиск в лабиринте с радиальными рукавами, должны включать взаимодействие между краткосрочными и долгосрочными WM? При запуске поиска после прерывания, животному необходимо будет получить доступ к долгосрочным представлениям четырех ранее посещенных рук, удерживая их в активном WM достаточно долго, чтобы выбрать пятое.И после этого, для трех последних вариантов выбора, животному нужно будет использовать пространственные поисковые реплики для доступа к долговременной памяти каждой из рук, первоначально посещенных, при этом сохраняя активными в WM непосредственно предыдущие выборы и при этом ориентируясь соответствующим образом, чтобы сделать другой выбор. . Кроме того, в условиях интерференции экспериментов, описанных ранее (в которых мыши переключаются между двумя лабиринтами), нерелевантные воспоминания должны быть подавлены, что требует от мышей уделять пристальное внимание в режиме онлайн на сигналы, которые индивидуализируют руки. из двух лабиринтов.По крайней мере, мы можем быть уверены, что эта задача предъявит значительные требования к использованию животными избирательного внимания, которое лежит в основе человеческих способностей WM.

Последующее исследование корреляций между способностями WM и g у мышей предприняло попытку определить компоненты WM еще больше (43). Он включал тесты времени удерживания WM, способности удерживания WM, а также способности к избирательному вниманию. В первом эксперименте измерялись временные пределы способности животных вспомнить, какое из двух рукавов Т-образного лабиринта они ранее посещали.В тесте на способность WM использовалась непространственная версия лабиринта с лучевыми рукавами, в котором реплики, прикрепленные к чашкам с наживкой на конце каждого рукава, случайным образом перемешивались после каждого выбора таким образом, чтобы мышам нужно было учитывать реплики (и те, которые они уже выбрали), не полагаясь на пространственное положение. Наконец, в тесте на выборочное внимание использовались две различные задачи различения (одна связана с формами, а другая — с запахами), которые изначально изучались в разных контекстах.Во время теста животным предъявляли все сигналы обоих типов в одном или другом из двух контекстов, так что им нужно было игнорировать один набор сигналов, на котором они были ранее обучены, в пользу другого. Результаты этого эксперимента заключались в том, что время удерживания вообще не коррелировало с г и что емкость WM умеренно коррелировала с г , тогда как избирательное внимание сильно коррелировало с г . Это тоже то, что можно было бы предсказать, исходя из того, что мы знаем о человеческом WM.

Возможно, наиболее впечатляющим набором результатов из этой серии исследований на мышах является открытие, что тренировка WM улучшает g , как и у людей (44, 38). В первом из этих экспериментов животные, которые тренировались с использованием двух чередующихся лабиринтов с лучевыми рукавами, набрали значительно более высокие баллы, чем контрольные, в последующих тестах общих способностей к обучению, а также получили более высокие баллы в тесте выборочного внимания. Второй эксперимент затем показал, что именно компонент внимания тренировки WM приводит к улучшению g .В этом эксперименте использовали три группы мышей. Одна группа прошла обучение в двух чередующихся и визуально похожих лабиринтах с лучевыми рукавами, расположенных в одной комнате, что потребовало от мышей внимания к незначительным различиям в сигналах, предоставляемых пространственным контекстом, чтобы различать стороны двух лабиринтов. Вторая группа также прошла обучение на двух чередующихся лабиринтах с лучевыми рукавами, но на этот раз расположенных в разных комнатах, что требовало меньшего внимания к животным. Третья группа была контрольной и не проходила обучение WM.Было обнаружено, что группа, требующая внимания, показала наибольшее увеличение г , а вторая группа также показала значительное улучшение по сравнению с контрольной группой.

Взятые вместе, эта серия результатов на мышах предполагает, что способности WM у этого вида в значительной степени зависят от способности внимания (так же, как и у людей), и что мыши не только обладают простой способностью сохранять важную информацию за пределами временного окна. сенсорная кратковременная память, но также (как и люди) может делать это в условиях помех.Тогда может быть, что базовая структура WM по крайней мере гомологична у всех млекопитающих. Однако мы не знаем, в какой степени (если вообще) способности направлять и контролировать внимание и противостоять вмешательству различаются у людей и других млекопитающих. Учитывая, что такие способности являются аспектами управляющих функций, и что люди, как правило, должны преуспевать в задачах управляющих функций, можно предсказать значительные различия. Однако ситуация требует прямых испытаний способностей внимания и сложных способностей WM у разных видов.

4. Отсутствие воображения?

Существует два основных способа, которыми офлайн-представления могут получить доступ в WM. Один — через мысленные репетиции действия, которые обсуждаются в разделе 5 ниже. Другой — через процессы исполнительного внимания сверху вниз. Например, можно искать и активировать в WM визуальное изображение лица матери или слуховой образ звука ее голоса. Однако можно также найти и активировать конкретное эпизодическое воспоминание об окончании школы или недавнем ужине на день рождения.Скорее всего, эти две формы способностей сочетаются друг с другом. Однако можно было бы утверждать, что существо может обладать способностью к обобщенным семантическим образам, не будучи способным к эпизодической памяти, возможно, потому, что репрезентации конкретных эпизодов вообще никогда не сохраняются в памяти. Таким образом, даже если животные не способны к мысленным путешествиям во времени (включая эпизодическое запоминание), как утверждают некоторые (45), это не может показать, что они неспособны использовать ресурсы внимания для создания воображаемого содержимого для WM в автономном режиме.Напротив, если животные способны к эпизодическому запоминанию, они, несомненно, также будут способны к обобщенным образам, потому что трудно понять, что еще может потребоваться для последнего, чем уже присутствует в первом.

Большинство тестов мысленных путешествий во времени на животных были сосредоточены на перспективах будущего (обсуждается в разделе 5 ниже). Тем не менее, были также эксперименты с врановыми животными, показавшие, что эти птицы, по крайней мере, способны вспоминать и рассуждать соответствующим образом на основе компонентов эпизодической памяти о том, что, где и когда (46).По общему признанию, из этого не следует, что птицы на собственном опыте проецируют себя обратно в определенные эпизоды кэширования пищи. Тем не менее, по крайней мере кажется вероятным, что они активируются в виде эпизодических представлений WM о типах еды и их местонахождении вместе с неким представлением прошедшего времени. Во всяком случае, именно так люди решали бы проблему подобного рода, если бы были вынуждены делать это невербально. Это соображение, конечно, могло бы стать более сильным аргументом, если бы врановые животные не были настолько эволюционно далеки от нас.Однако, несмотря на это расстояние, мы отметили ранее, что у птиц есть сети мозга, которые похожи и, по крайней мере, частично гомологичны сетям, поддерживающим эпизодическую память у людей и других млекопитающих (28). Более того, эксперименты с крысами показывают, что они тоже образуют тесно интегрированные представления о том, что, где и когда (47, 48). Такие данные позволяют предположить, что эпизодические воспоминания широко распространены среди животных. Однако в любом случае кажется, что животные должны, по крайней мере, быть способны активировать репрезентации в WM, используя контроль внимания сверху вниз.

Вспомните, кроме того, эксперименты с грызунами с использованием прерывистого поиска лабиринта с радиальными рукавами, которые обсуждались в разделе 3 выше. Хотя в данных нет ничего, что позволяло бы предположить, что во второй фазе экспериментов животные получают доступ к эпизодическим воспоминаниям о своих более ранних посещениях некоторых рукавов лабиринта, они наверняка по крайней мере активируют какое-то семантическое представление. Например, это может быть изображение руки, лишенной какой-либо награды. У людей такое воспоминание необходимо искать, используя комбинацию сигналов окружающей среды и нисходящего контроля внимания, в результате чего это представление активируется в WM.Поэтому разумно предположить, что то же самое можно сказать и о грызунах.

Таким образом, есть предварительные основания полагать, что другие животные способны активировать представления сверху вниз для использования в WM. Дальнейшие основания обсуждаются в разделе 5 ниже, поскольку маловероятно, что использование WM для поиска зависит исключительно от активации моторных схем без какого-либо обогащения семантической или эпизодической памятью. В самом деле, мы знаем, что системы долговременной памяти и способности к поиску тесно связаны, причем гиппокамп в значительной степени вовлечен в каждую из них (49).Фактически, некоторые утверждали, что структура систем долговременной памяти была специально адаптирована и сформирована в интересах перспективного мышления (50).

Более того, можно было бы подумать, исходя из чисто теоретических оснований, что любое существо, способное к селекции стимулов с помощью внимания сверху вниз, также должно быть способно активировать нисходящие подобные представления в автономном режиме. Поскольку, как мы отмечали ранее, внимание действует, усиливая нейронную активность некоторых групп нейронов, одновременно подавляя активность конкурирующих популяций, что приводит к глобальной трансляции информации, закодированной в первом наборе.Затем те же механизмы должны быть способны работать при фоновых уровнях нейронной активации в отсутствие внешнего стимула, что приводит к эндогенной активации репрезентаций в глобальном рабочем пространстве.

5. Неспособность мысленно отрепетировать действие?

Доказательства мысленной репетиции действия получены из исследований долгосрочного планирования на животных. Мы знаем, что у людей такое планирование осуществляется в значительной степени через репетицию альтернативных действий, когда люди эмоционально реагируют на получаемые в результате репрезентации WM (51, 52).Хотя есть убедительные доказательства планирования будущего у врановых (53, 54), я сосредоточусь на данных, полученных от приматов, где аргументы в пользу гомологичных основных механизмов наиболее сильны.

Одно исследование тщательно задокументировало поведение альфа-самца шимпанзе в зоопарке открытой планировки (55, 56). Он начал собирать и складывать груды камней рано утром, чтобы кидать посетителей зоопарка днем ​​в рамках агрессивной демонстрации угроз. Когда смотрители зоопарка в ответ убирали его тайники каждый день перед открытием зоопарка, чтобы предотвратить это, он оказался весьма искусным в сокрытии тайников и впоследствии в изготовлении снарядов, отламывая куски хрупкого бетона от стен в вольере.Обратите внимание, что в то время, когда он собирал и спрятал свои тайники, он был в спокойном состоянии, в отсутствие стимулов (посетителей-людей), которые позже спровоцировали бы его гнев. Такое поведение человека, вероятно, было бы вызвано представлением более позднего присутствия аудитории и мысленной репетицией действий, связанных с захватом и метанием снарядов, вызывая положительный аффективный ответ, который, в свою очередь, мотивировал бы сбор некоторых камней. Разумно предположить, что аналогичные процессы происходили и в сознании шимпанзе.

Экспериментальные данные с шимпанзе указывают на то же самое заключение. В одном эксперименте шимпанзе не только выбрали и унесли в свои спальные помещения инструмент, который им понадобится на следующий день, чтобы получить желаемую награду, но также не забыли принести его с собой по возвращении (57). В концептуальном воспроизведении этого эксперимента в другой лаборатории шимпанзе снова выбрали инструмент, необходимый для получения награды в дальнейшем, и не забыли взять этот инструмент с собой при возвращении (58).Более того, животные могли сопротивляться меньшему текущему вознаграждению (виноград), выбирая вместо этого инструмент, который впоследствии принесет им более ценное вознаграждение (контейнер с соком). Вдобавок, когда им предлагают ряд незнакомых предметов (не позволяя им обращаться с ними), они надежно выбирают и забирают с собой тот, который лучше всего подходит для получения будущей награды. Обратите внимание, что люди решали бы задачу такого рода, мысленно репетируя некоторые действия, направленные на контейнер с соком с участием различных объектов, отмечая, какие из них могут быть успешными.

Эти данные, полученные от содержащихся в неволе шимпанзе, полностью соответствуют тому, что мы знаем о поведении шимпанзе в дикой природе. Например, шимпанзе в Конго регулярно собирают термитов как из наземных, так и из подземных гнезд, для каждого из которых требуется особый набор инструментов. В частности, для подземных гнезд требуется острая прочная палка для коления, которую всегда делают из веток определенных пород деревьев. Шимпанзе никогда не приходили на место подземного гнезда, не взяв с собой такую ​​палку, если только одна из них не была оставлена ​​на месте ранее.И это было правдой, даже несмотря на то, что ближайшее подходящее дерево находилось в десятках метров в лесу, откуда не было видно места гнездования (59). Такое поведение людей будет включать в себя воображение цели вместе с мысленной репетицией действий, необходимых для ее достижения, что одновременно напомнит и мотивирует отклониться от своего пути, чтобы найти подходящий вид дерева.

Таким образом, поведенческие данные предполагают, что другие обезьяны (по крайней мере) способны мысленно репетировать действия и что они делают это в целях планирования будущего, как и люди.Однако в настоящее время аргументом в пользу этого вывода является аналогия, предполагающая, что сходные формы поведения у близкородственных видов следует объяснять в терминах сходных лежащих в основе процессов. Было бы весьма желательно получить свидетельства более прямого характера. В частности, нам нужны экспериментальные парадигмы, которые можно сопоставить для разных видов, параметры которых можно изменять параллельно, чтобы увидеть, одинаково ли реагируют профили производительности. Положительный результат предоставит гораздо более убедительное свидетельство гомологичных процессов.

6. Ограниченные возможности манипулирования?

В каком-то смысле манипулятивный компонент WM состоит из способности организовывать и управлять последовательностями представлений в соответствии с задачами. Свидетельства планирования будущего у обезьян и врановых животных предполагают, что они способны именно на это. В другом смысле, однако, манипуляция включает в себя нацеливание на изображение мысленно отрепетированного действия, тем самым трансформируя его. Это было широко изучено на людях с использованием парадигмы зрительного вращения (11).Участникам представлены две формы разной ориентации, и их просят оценить, одинаковы ли формы. Люди решают эти задачи, мысленно поворачивая изображение одной формы, чтобы оно соответствовало ориентации другой, и отвечая в зависимости от того, соответствует ли результат. Среди классических выводов в этой литературе — то, что участникам требуется больше времени, чтобы судить о формах, ориентация которых находится дальше друг от друга, что предполагает, что перемещение исходного изображения через промежуточное пространство требует времени.

Из исследований изображений мозга и транскраниальной магнитной стимуляции с использованием парадигмы зрительного вращения мы знаем, что активность в моторной или премоторной коре головного мозга предшествует и вызывает последующую трансформацию зрительного образа (60). Кажется, что люди воображают, как действуют на фигуру, представленную на одном из изображений, инициируя офлайн действие по скручиванию ее, например, одной рукой, тем самым вызывая изменение представленной формы в процессе прямого моделирования действия.Тогда можно задаться вопросом, обладают ли животные подобными способностями. Исследования, проведенные с павианом и морскими львами, показывают, что это так, причем животные демонстрируют большие различия во времени реакции на изображения, которые нужно было бы повернуть через большие дуги, чтобы обеспечить совпадение, как это делают люди (61, 62). Однако, чтобы оправдать утверждение о том, что процессы гомологичны, важно знать, участвуют ли в этом процессе участки мозга животных, контролирующие двигательные функции.

Подобные выводы подтверждаются исследованиями решения проблем и понимания у обезьян.Например, столкнувшись с арахисом на дне стеклянного контейнера, который слишком глубок, чтобы в него можно было дотянуться (и который привязан к решетке клетки), некоторые животные применяют стратегию сбора воды во рту и ее плевания. в емкость, пока арахис не всплывет вверх (63, 64). (Та же задача была предложена человеческим детям, с одинаковыми показателями успеха среди 4- и 6-летних детей, но с более частым успехом среди 8-летних.) Чтобы прийти к решению этой проблемы, нужно мысленно репетировать действие по наливанию воды в контейнер, тем самым трансформируя мысленное представление о положении арахиса и позволяя предсказать, что повторное выполнение действия позволит ему успешно его достичь.Однако, опять же, аргумент в пользу гомологичных процессов здесь только по аналогии.

7. Редкость использования?

Даже если способности животных сравнимы с человеческими возможностями по всем основным параметрам, возможно, животные используют WM только тогда, когда сталкиваются с конкретными практическими проблемами, проблемами обучения или рассуждения. Люди, напротив, часто используют WM способами, не имеющими отношения к какой-либо текущей задаче, тем самым составляя сеть по умолчанию (65, 66). ^† Даже когда перед нами не стоит задача, наш разум будет занят фантазиями, эпизодическими воспоминаниями, воображаемыми социальными ситуациями, воображаемыми беседами, отрывками из песен и т. Д., Все из которых в значительной степени связаны с WM.В самом деле, даже когда люди заняты какой-либо задачей, они склонны впадать в так называемое «блуждание разума», при котором WM заполняется представлениями, не связанными с требованиями задачи (68).

Сравнительных данных, имеющих непосредственное отношение к этому вопросу, мало. Однако предположение о том, что люди могут быть уникальными в этом отношении, по крайней мере, согласуется с гораздо большей степенью человеческого творчества, инноваций и долгосрочного планирования. Большая часть времени, которое люди тратят на блуждание ума, занята рассмотрением и исследованием будущих сценариев и предвидением будущих проблем или успехов.Более того, есть свидетельства того, что блуждание разума в значительной степени коррелирует с творчеством, поскольку оно включает расфокусированное внимание в сочетании с исполнительным контролем и отбором (69). Также было высказано предположение, что уникальная человеческая предрасположенность к притворной игре в детстве является адаптацией для повышения творческих способностей во взрослом возрасте, что побуждает нас использовать WM для создания творческих сценариев (70).

Данные, свидетельствующие о том, что блуждание разума может быть не только человеческим, получены из исследования, сравнивающего стандартную сетевую активность у людей и шимпанзе (71).Подобные области мозга проявляли большую активность в состоянии покоя у обоих видов, в том числе в медиальной префронтальной коре и задней поясной коре головного мозга, что позволяет предположить, что шимпанзе также проводят большую часть своего времени в размышлениях, когда не заняты другими задачами. Однако к этим данным следует относиться с осторожностью, поскольку сети режима по умолчанию, перекрывающие сети людей, были обнаружены как у обезьян, так и у грызунов в условиях общей анестезии (72, 73). Следовательно, активность в режиме по умолчанию не влечет за собой блуждание сознательного разума, которое могло бы задействовать ресурсы WM.Скорее, объяснение этих результатов может заключаться в том, что основные компоненты стандартной сети (особенно медиальные области как префронтальной, так и теменной коры) являются важными соединительными узлами в нейронной архитектуре мозга, служащими для связи друг с другом, более модульных областей. (74). Таким образом, префронтальная и теменная кора обычно демонстрируют большую нейронную активность, чем области, которые они соединяют, точно так же, как аэропорты, которые служат основными центрами, демонстрируют большую летную активность, чем другие.Мы знаем, что у людей эти сетевые концентраторы по умолчанию играют важную роль в блуждании разума. Однако из этого не следует, что любое животное с подобными связями в мозге также будет использовать свой WM в состоянии покоя, чтобы воспроизвести прошлое и исследовать будущее так, как это делают люди.

Можно предположить, что у нас есть прямые доказательства такой активности воспроизведения у крыс. В состоянии покоя или во время пауз в исследовании следа помещайте клетки в огонь гиппокампа крысы в ​​последовательностях, соответствующих участкам маршрута, который уже пройден или будет пройден (75).Однако, хотя эти последовательности стрельбы имеют место в интервалах, которые линейно связаны с представленными расстояниями, скорость стрельбы очень высока по сравнению с нормальной скоростью движения крысы (соответствующей скорости около 8 м / с). Фактически, скорость «мысленных путешествий» в 15–20 раз выше, чем реальных путешествий. Это резко контрастирует с выводом о том, что, когда люди представляют, как люди ходят по комнате, их воображаемое путешествие происходит примерно с той же скоростью, что и реальное путешествие (76).Это говорит о том, что процессы не гомологичны у двух видов и могут выполнять совершенно разные функции. В самом деле, обычно считается, что быстрое срабатывание пространственных клеток, вероятно, играет роль в консолидации памяти (и, как таковая, вероятно, имеет место как у людей, так и у грызунов).

Таким образом, похоже, что в настоящее время нет реальных доказательств, которые бы опровергли предположение о том, что люди уникальны в том, что они часто используют WM для размышлений и блужданий по разуму. Однако это предположение поддерживается (хотя и довольно слабо) теоретическим выводом из различий в долгосрочном планировании и творчестве.

8. Более ограниченные поведенческие и концептуальные ресурсы.

Даже если животные обладают способностями WM, которые во всех отношениях схожи с нашими, и также постоянно используют их, мы можем быть уверены, что они систематически отличаются от нас по содержанию, которое фигурирует в их WM. Основная причина этого в том, что только люди способны говорить. Это означает, что существует целый ряд действий (а именно, речевые действия), которые только люди могут мысленно отрепетировать. Кроме того, гораздо больший концептуальный репертуар, которым обладают люди (частично являющийся результатом предыдущего речевого общения), будет означать, что у людей есть гораздо больше способов разбиения информации на блоки в WM, тем самым расширяя возможности и гибкость последнего.

Именно в этих терминах мы можем охарактеризовать уникальный характер так называемой «системы 2» мышления и принятия решений у людей. Психологи, изучающие человеческое мышление, все больше сходятся в гипотезе о том, что при этом мы используем два различных набора процессов (77⇓ – 79). Система 1 является быстрой, бессознательной и интуитивно понятной, и считается, что она в значительной степени присуща другим животным. Система 2 является рефлексивной, последовательной и медленной, и ее операции в значительной степени осознаны, с использованием ограниченных ресурсов WM.Многие (но далеко не все) процессы системы 2 используют мысленные репетиции предложений и фраз во внутренней речи, поэтому в этом отношении система 2 уникальна для человека. Более того, учитывая, что WM и fluid g в значительной степени совпадают, различия в возможностях WM объясняют значительную часть различий между людьми в тестах их способностей к рассуждению, а остальная часть расхождений объясняется различиями в склонности людей останавливаться и размышлять перед ответом и в своем знании норм рассуждения или своего «умственного мышления» (80).

Если рассмотренные выше исследования на животных были правильно истолкованы, то система 2 как таковая не будет исключительно человеческой. Любое животное, занимающееся разведкой, предвидит и эмоционально реагирует на последствия различных действий, открытых для него (которые последовательно мысленно репетируются), будет квалифицироваться как участвующее в процессинге системы 2. Что уникально для людей, так это наша способность значительно расширять темы и формы рефлексивного мышления, которыми мы можем заниматься благодаря нашей способности мысленно повторять речь.

Структура для понимания нейрокогнитивных основ интуиции — Northwestern Scholars

@inproceedings {2974da73800c416eac9177461bf1f8a2,

title = «Системы памяти человека: структура для понимания нейрокогнитивных основ интуиции

нейрокомпьютер», abstract

framework описана для характеристики того, как интуитивная и преднамеренная обработка осуществляется в человеческом мозге. Эта структура основана на теории систем памяти и поддерживается результатами исследований контрастов между неявной и явной (бессознательной и сознательной) памятью.Неявная интуиция и осознанная дедукция зависят от разных типов памяти, поддерживаемых разными мозговыми сетями. Для оптимального принятия решений тренировка должна быть спроектирована с учетом рабочих характеристик обоих типов памяти. Более того, использование явной памяти может препятствовать использованию неявной интуиции, поэтому обучение должно способствовать эффективному взаимодействию между двумя типами механизмов. Чтобы помочь в исследовании этих эффектов, мы вводим модель Mixture-of-Experts, которая характеризует взаимодействие между системами памяти — модель PINNACLE (параллельные взаимодействующие нейронные сети, конкурирующие в обучении).Эта модель захватывает отдельные нейронные сети, которые отражают явную и неявную обработку, а также их взаимодействие, и, таким образом, может направлять разработку подходов к обучению для максимизации преимуществ одновременного использования интуиции и обдумывания при принятии решений »,

ключевые слова = «когнитивное моделирование, когнитивная нейробиология, принятие решений, явное, неявное, интуиция, системы памяти»,

author = «Ребер, {Пол Дж.}, Марк Биман и Кен Паллер»,

год = «2013»,

месяц = ​​октябрь,

день = «7»,

doi = «10.1007 / 978-3-642-39454-6_51 «,

language =» Английский (США) «,

isbn =» 9783642394539 «,

series =» Лекционные заметки по информатике (включая подсерии Лекционные заметки по искусственному интеллекту и конспекты лекций по биоинформатике) »,

pages =« 474-483 »,

booktitle =« Основы расширенного познания — 7-я Международная конференция, AC 2013, проведенная как часть HCI International 2013, Proceedings »,

note = «7-я Международная конференция по основам расширенного познания, AC 2013, проведенная в рамках 15-й Международной конференции по взаимодействию человека и компьютера, HCI International 2013; Дата конференции: с 21.07.2013 по 26.07.2013 «,

}

Временные гетероструктуры Ван-дер-Ваальса для программирования систем памяти человека — Чен — 2019 — Продвинутая наука

Человеческий мозг выполняет высокоэффективные и масштабные задачи. параллелизм данных, где человеческая память — это продвинутая способность, с помощью которой информация кодируется, хранится и извлекается.Распространение информации в памяти человека осуществляется тремя типичными типами памяти, включая сенсорную память, кратковременную и долговременную память.1 В частности, краткосрочная пластичность (STP) выполняет серию вычислений с временным усилением синаптических связей и доминирует над кратковременной пластичностью. -срочная память; Долговременная пластичность (ДП) обеспечивает постоянную модификацию синаптического веса, таким образом поддерживая долговременную память; 2 в то время как сенсорная память игнорировалась или путалась с кратковременной памятью, 3, 4 которая также играет важную роль в мгновенной реакции.Кроме того, гибкий переход между различными типами памяти представляет собой распространение информации при разумной обработке и указывает на динамический прогресс полученной информации, включающий забывание, обучение и запоминание.

На сегодняшний день огромные усилия были направлены на изучение реализации только STP или LTP, таких как электрические двухслойные транзисторы, 5-7 резистивная память с произвольным доступом (RRAM), 3, 8, 9 и память с изменением фазы (PCM). 10. Диффузионная динамика, наблюдаемая в мемристорах, применима к STP, 11, 12, такая как облегчение парных импульсов и депрессия парных импульсов.Мемристоры с энергонезависимыми характеристиками используются для имитации LTP 13-15, включая долгосрочную потенциацию, долгосрочную депрессию и пластичность, зависящую от времени всплеска. Динамические функции очень полезны при описании кратковременной памяти, а характеристики энергонезависимой памяти являются мощным средством демонстрации поведения долговременной памяти. Хотя в некоторых работах3, 11, 16-18 предлагалось продемонстрировать сопутствующие STP и LTP, они по-прежнему не могут объединить все типы памяти (особенно сенсорную память) с соответствующими функциями в одной системе из-за отсутствия гибкой возможности адаптации во времени.Следовательно, интеграция различного времени удерживания и модуляция перехода от временной к постоянной памяти являются важными ключами для программирования человеческой памяти. Работы по интеграции всей системы памяти с богатым функционалом пока не ведутся.

Принимая во внимание потребность в комплексной адаптации по времени, 2D-материалы могут предложить одно подходящее решение.19-23 Фактически, уникальные структуры 2D-материалов с решеткой без болтающихся связей, характеризующейся силами Ван-дер-Ваальса между соседними слоями. обещают комбинировать 2D-материалы в заданной последовательности без каких-либо ограничений, связанных с решеткой.24 Обширные характеристики 2D-материалов, от диэлектриков, полупроводников до проводников, также открывают возможность гетерогенной интеграции.25 Следовательно, свойство штабелирования и многочисленные характеристики могут обеспечить более простой путь для интеграции слоев с разным временем удерживания, 26 и, следовательно, сложность требования к адаптации системы памяти человека могут быть удовлетворены.

Здесь мы демонстрируем одиночную гетероструктуру Ван-дер-Ваальса для сложных требований временной адаптации системы памяти человека.Полностью используя уникальное свойство 2D-материалов, мы разработали два слоя накопления заряда для интеграции энергозависимой и энергонезависимой характеристик. Таким образом, гетероструктура успешно реализует систему памяти человека, включая сенсорную память, кратковременную и долговременную память с временной шкалой от миллисекунд до килосекунд. Были продемонстрированы богатые функциональные возможности, такие как забвение, переход памяти, потенцирование на уровне запоминания и депрессия. Кроме того, наша гетероструктура также может принимать решения с помощью логических операций и сохранять результат на месте.

Внешние стимулы регистрируются в сенсорной памяти как мгновенная реакция на окружающий мир, как показано на рис. , рис. 1a. Отобранная информация передается в кратковременную память и должна полностью распасться и исчезнуть. Существенная разница заключается в том, что время удерживания в сенсорной памяти обычно находится в диапазоне от 200 до 500 мс, в то время как в краткосрочной памяти обычно меньше 1 минуты. Информация в кратковременной памяти после репетиции преобразуется в долговременную память, после чего информация может сохраняться в течение длительного времени.Полученная информация, исчезающая со временем, определяется как процесс «забывания», и мы можем описать этот процесс как «запоминание», когда информация, наконец, сохраняется. В неврологии синапс — это функциональное соединение между двумя нейронами, которое передает сигналы посредством настройки синаптического веса. По синаптической пластичности можно выделить STP и LTP. Следовательно, разные состояния синаптической пластичности аналогичны различным типам памяти в системе памяти человека, в которой короткий STP (S-STP), длинный STP (L-STP), L-STP в LTP и LTP представляет сенсорную память, короткий от кратковременной памяти до долговременной памяти и долговременной памяти соответственно.

Система памяти человека и характеристика устройства. а) Предлагаемая система памяти человека с тремя типами памяти, включая сенсорную память, кратковременную и долговременную память. Время сохранения в системе памяти человека колеблется от миллисекунды до лет, что указывает на интеграцию энергозависимых и энергонезависимых характеристик человеческого мозга. Три типа памяти демонстрируют сходство пластичности синапсов с разным временем удерживания. б) Схема устройства.Гетероструктура Ван-дер-Ваальса, состоящая из слоев MoS ₂ / hBN / графен / hBN. Работа верхнего затвора доминирует над энергозависимой характеристикой, а операция заднего затвора преобладает над энергонезависимой характеристикой. c) СЭМ-изображение устройства в искусственных цветах. Масштабная линейка составляет 5 мкм.

Схематическая структура устройства показана на рисунке 1b. В качестве материала каналов использовались хлопья MoS ₂ . Слой Al ₂ O ₃ и гетеропереход hBN / графен / hBN оба использовались в качестве накопителей заряда.Кремниевая подложка служила расширенным задним затвором, обозначенным как V, , _bg , а электрод на хлопьях hBN был определен как V, _tg , что обеспечивает еще один электростатический контроль над устройством. На рис. 1в представлено изображение ван-дер-ваальсовой гетероструктуры, полученное с помощью сканирующего электронного микроскопа (СЭМ) в условных цветах. Толщина и компоненты были дополнительно подтверждены атомно-силовой микроскопией (АСМ) и рамановским картированием (рисунки S1 и S2, подтверждающая информация) соответственно.Стек hBN / графен / hBN был перенесен на MoS ₂ стандартным методом переноса (рисунок S3, вспомогательная информация) 27

.

Возможность настройки времени гетероструктуры зависит от спроектированных энергозависимых и энергонезависимых функциональных слоев с настройкой времени памяти. Фактически, толщина туннельных слоев и режимы работы памяти являются двумя ключевыми факторами для характеристик памяти: 28, 29 Толщина зависит от энергозависимой или энергонезависимой производительности, в то время как режимы работы памяти определяют полярность стирания / программирования.К режиму работы с памятью включены режим инжекции канала и режим инжекции электрода. Когда устройство находится в режиме инжекции канала, 28 электронов из канала задерживаются в слое-ловушке под положительным напряжением, что приводит к появлению окна памяти по часовой стрелке; В режиме инжекции электрода электроны от электрода захватываются улавливающим слоем под отрицательным напряжением и вызывают окно памяти против часовой стрелки. Устройство демонстрирует нестабильные характеристики при работе с верхним затвором. Передаточные характеристики изучаются, когда V _tg изменяется от –6 до 6 В и возвращается к –6 В ( Рисунок 2a).Отношение включения / выключения оценивается как 10 ⁶ , и наблюдается четкое окно гистерезиса против часовой стрелки, равное 2 В. Передаточная кривая также показывает высокую повторяемость после 100 I — V двойных разверток. Как показано на рисунке 2c, запрограммированные / стертые состояния возвращаются в исходное состояние через 10 с после подачи В _tg = ± 6 В с длительностью импульса 2 с, что демонстрирует типичную энергозависимую характеристику. Мы предполагаем, что летучие характеристики вносят вклад в гетероструктуру Ван-дер-Ваальса hBN / графен / hBN.Мы подробно проиллюстрируем это явление диаграммами энергетических зон (рис. 2e). Когда устройство находится в режиме верхнего затвора, туннельный слой (7 нм) находится близко к верхнему электроду, и он работает в режиме инжекции электрода. Электроны с верхних электродов инжектируются в слой графена через hBN под отрицательным напряжением В _tg . Отрицательный (положительный) В _tg , вызывающий положительный (отрицательный) сдвиг порогового напряжения, приводит к гистерезису против часовой стрелки. Однако туннельные электроны (дырки) не могут храниться в графене длительное время из-за тонкого туннельного слоя.Были проведены контрольные эксперименты для проверки того, что hBN / графен / hBN должен быть ответственным за нестабильные характеристики, учитывая, что петля гистерезиса является нормальным явлением для 2D полевых транзисторов (FET), 30-32, что включает несколько возможных объяснений (рисунок S4, Вспомогательная информация). Устройство, состоящее из MoS ₂ / hBN, почти не показало петли гистерезиса при работе верхнего затвора (рисунок S5, вспомогательная информация). Напряжение на затворе показало только электростатический контроль над чешуей MoS ₂ без какого-либо процесса релаксации, что обращало внимание на необходимость слоя графена и слоя hBN.

Регулирующая способность гетероструктуры Ван-дер-Ваальса. a) Типичный I _ds — V _tg характеристики при 1-м (красный) и 100-й (синий) циклах, когда V _ds = 0,5 В. Он показывает петлю 2 В против часовой стрелки и непостоянный характерная черта. б) Типичные характеристики I _ds — V _bg в 1-м (красный) и 100-й (синий) циклах, когда V _ds = 0.5 В. Обладает большим окном памяти 4 В и энергонезависимой характеристикой. c) Изменяющаяся характеристика при работе с верхним затвором и возвращение различных состояний в исходное состояние через 10 с. г) Энергонезависимая характеристика при работе с задним затвором и в различных состояниях остается стабильной в течение 1000 с. На вставке показано свойство выносливости более 100 циклов. д) Диаграмма энергетического диапазона для иллюстрации летучей характеристики. е) Диаграмма энергетического диапазона для иллюстрации энергонезависимой характеристики.

Гетероструктура демонстрирует энергонезависимые характеристики при работе с задним затвором за счет использования возможностей выращенного методом ALD диэлектрика с высоким κ.Чтобы изучить возможности хранения данных в нашем устройстве, сначала исследуется кривая передачи (рис. 2b). В _bg начинается с прямой развертки, за которой следует развертка назад под напряжением В _ds смещения 0,5 В, когда В _tg заземлено. Окно памяти 4 В может наблюдаться, когда максимальное значение В _bg равно 10 В. Для оценки способности сохранения памяти мы применяем В _bg = ± 10 В с длительностью импульса 2 с.Он показывает соотношение запрограммированных / стертых состояний более 10 ⁴ при напряжении V _ds 0,5 В и двух состояниях, которые остаются стабильными в течение 1000 с (рис. 2d). На вставке также показана выносливость более 100 циклов. По сравнению с другими устройствами памяти 2D, 33-35 устройство показывает довольно низкое рабочее напряжение 10 В, что обусловлено слоем Al ₂ O ₃ толщиной 23 нм. Здесь слой с высоким κ функционирует как слой улавливания заряда, так и как слой блокировки заряда.36 Устройство с задним затвором работает в режиме инжекции канала, и механизм показан на энергетической диаграмме (рисунок 2f).Под высоким положительным напряжением V _bg электроны в хлопьях MoS ₂ туннелируют в слой Al ₂ O ₃ , и накопление электронов в слое Al ₂ O ₃ может частично экранировать электрическое поле от заднего затвора, вызывающее положительный сдвиг порогового напряжения. Положительный сдвиг порогового напряжения соответственно приводит к более низкому уровню тока, который определяется как запрограммированное состояние. В операции стирания требуется отрицательный результат V _bg .Захваченные электроны туннелируют обратно в канал MoS ₂ из слоя Al ₂ O ₃ , заставляя пороговое напряжение перемещаться в отрицательном направлении. Текущий уровень становится выше, чем в исходном состоянии, и это состояние определяется как стертое состояние.

Фактически, объединение энергозависимых и энергонезависимых характеристик в одной и той же ячейке было большой проблемой. Возможность адаптации во времени была встроена в нашу гетероструктуру за счет разработки различных слоев накопления заряда с использованием уникальных свойств 2D-материалов.Кроме того, время сохранения памяти может динамически модулироваться каждым выводом затвора.37 Если материалы канала заменить амбиполярными двумерными чешуйками, такими как черный фосфор или WSe ₂ , то полярность канала может быть обратимо переключена между дырками и электронами.36 Также продемонстрирована воспроизводимость гетероструктур Ван-дер-Ваальса с возможностью адаптации во времени (рисунок S6, вспомогательная информация).

Как обсуждалось ранее, сложное требование адаптации ко времени и изменение типа памяти являются важными ключами в программировании систем с человеческой памятью.Требование комплексной адаптации времени определяет высокое биологическое сходство программирования системы памяти человека по времени удерживания, как показано на фиг. , фиг. 3a. Переход типа памяти представляет собой распространение информации при разумной обработке и может быть перечислен следующим образом: а) информация в сенсорной памяти преобразуется в кратковременную память посредством «внимания». б) Информация может передаваться между кратковременной и долговременной памятью посредством «репетиции» или «поиска». c) Информация в сенсорной памяти не может напрямую преобразовываться в долговременную память.

Системное программирование памяти человека. а) Два ключевых момента при выполнении программирования системы человеческой памяти: сложное требование адаптации ко времени и гибкий переход между различными типами памяти. б) Измеренный ток, вызванный стимулом (верхний вентиль, 6 В, 100 мс), затухает до исходного состояния за 200 мс, указывая на процесс забывания в сенсорной памяти (SM). c) Измеренный ток, вызванный двумя последовательными стимулами (верхний вентиль, 6 В, 300 мс) с интервалом времени 500 мс.г) Гибкий переход от SM к кратковременной памяти (STM) при увеличении частоты стимула. Однако SM не может преобразовать в долговременную память (LTM). e) Можно было наблюдать график времени удерживания и ширины пика, а также гибкий переход от SM к STM. f) Измеренный ток, инициированный стимулом (задний вентиль, −6 В, 250 мс), затухает до исходного состояния за 1 с, указывая на процесс забывания в STM. Переход от STM к LTM демонстрируется, когда количество входов увеличивается с одного до трех.ж) Время сохранения различных состояний запоминания при применении разного количества ( N = 0, 5, 10 и 20) спайков (задний ход, −6 В, 500 мс). з) Эффект облегчения и подавления на уровень запоминания от электрического стимула с различным спайком (задний ход, –6 В, 400 мс, 3 В, 300 мс). i) Динамический отклик эффекта упрощения на LTM с десятью последовательными выбросами (-8 В, 300 мс) и верхним затвором смещается на 1 В. j) Эффект модуляции верхнего затвора на программирование LTM. Положительный верхний вентиль демонстрирует очевидное облегчение долгосрочных изменений, в то время как отрицательное смещение подавляет это изменение.

Наш подход успешно демонстрирует программирование системы памяти человека. В нашей конструкции клеммы заднего и верхнего ворот используются в качестве входов для программирования различных типов памяти. Мы используем канал MoS ₂ с электродами истока / стока в качестве выхода для контроля тока. Измеренное текущее значение и динамический отклик представляют собой условия программирования человеческой памяти. На рис. 3b показано типичное поведение сенсорной памяти. Токовая характеристика была вызвана всплеском (6 В, 100 мс) от верхнего затвора со смещением 0 В _ds .5 В. Измеренный ток быстро достигает пикового значения ≈2,86 мкА и постепенно возвращается к исходному состоянию ≈0,56 мкА за 500 мс. Текущая реакция отражает временную реакцию на внешний стимул и затухает до исходного состояния за 200 мс, что указывает на сходство с процессом «забывания» в сенсорной памяти. Текущее значение может быть увеличено за короткий промежуток времени после второго всплеска. На рисунке 3c показан отклик, вызванный двумя последовательными всплесками (6 В, 300 мс) с интервалом времени 500 мс, а ток затухает до исходного состояния за 500 мс.В этом состоянии наблюдаются два разных пика тока (A1 и A2), где A2 больше, чем A1, а текущий индекс (A2 / A1) как функция интервала времени (Δ t ) показан на рисунке S7 (вспомогательная информация). . Интенсивность восприятия в сенсорной памяти может быть увеличена за счет увеличения числа всплесков, и сенсорная память преобразуется в кратковременную память. Как показано на рисунке 3d, сенсорная память превращается в кратковременную память с большей интенсивностью и более длительным временем памяти, когда частота стимула увеличивается с 2 до 10 Гц.Стоит отметить, что сенсорная память не может преобразоваться в долговременную память, что желательно в системе памяти человека из-за энергозависимой характеристики при использовании операции верхнего логического элемента. Процесс релаксации был описан экспоненциальной функцией, которая использовалась для описания функции забывания в психологии38.

It = I0 + Aexp − t / τ (1)

где I ₀ представляет собой стабильный ток, A, — предварительный коэффициент, а τ — постоянная времени релаксации.На рисунке 3д показан график зависимости времени релаксации от продолжительности всплеска. Константа τ показывает положительную корреляцию с продолжительностью спайка, что также указывает на переход от сенсорной памяти к кратковременной памяти. Как указывалось ранее, характеристика устройства может быть модулирована через клеммы верхнего и заднего затвора соответственно. Рассеивание энергии устройством в энергозависимом режиме оценивается в 40 нДж на пик, когда смещение обратного затвора равно нулю. Низкое потребление энергии ≈64 пДж на пик достигается при использовании отрицательного смещения затвора и уменьшении В _ds .Взаимосвязь между потребляемой мощностью и напряжением на заднем затворе была изучена на Рисунке S8, Дополнительная информация.

Гетероструктура Ван-дер-Ваальса с обратным затвором выполняет программирование на других типах памяти. Всем известно, что обучение можно описать как способность приобретать новую информацию, при которой кратковременная память преобразуется в долговременную память, в то время как запоминание представляет собой механизм, при котором знания хранятся в течение длительного времени в долговременной памяти. Как показано на рисунке 3f, ток срабатывания (270 пА) спадает до начального состояния (1 пА) за 2 с после применения всплеска (-6 В, 250 мс), демонстрируя поведение забывчивости в краткосрочной памяти.Время сохранения в кратковременной памяти больше, чем в сенсорной памяти, из-за способности нашей гетероструктуры адаптировать время, и эта способность удовлетворяет высокие требования программирования человеческой памяти для различного времени памяти. Кратковременная память на этом этапе имеет возможность преобразоваться в долговременную память, и этот переход иллюстрирует процесс «обучения» через репетицию. Для исследования перехода применяются стимулы разной силы (количество, амплитуда и продолжительность). Как видно на рисунке 3f, ток покоя увеличивается с 1 до 300 пА после подачи трех последовательных импульсов (-6 В, 250 мс), а время удерживания было увеличено.Амплитуда и длительность импульса также облегчают этот процесс (Рисунок S9, Дополнительная информация). Такой переход можно объяснить эффектом захвата заряда.39 Когда на задний затвор действует небольшое смещение, электроны на короткое время захватываются мелкими ловушками в Al ₂ O ₃ вблизи поверхности раздела. Когда используется более высокое смещение, электроны туннелируют в глубокие ловушки и хранятся дольше. Между тем, MoS ₂ очень чувствителен к заряженным состояниям в слое Al ₂ O ₃ из-за его ультратонкого тела, и, таким образом, электрические свойства легко изменяются.

Закодированная информация, наконец, попадает в долговременную память и включает в себя серию действий, связанных с долгосрочными изменениями. Исследовано время сохранения различных состояний запоминания. Различное количество ( N = 0, 5, 10 и 20) пиков (−6 В, 500 мс) применяется к гетероструктуре, начиная с одного и того же начального состояния. Ток измеряется при В _DS и составляет 0,5 В через 5 с. Различные состояния показывают четкую разницу через 50 с, что указывает на энергонезависимую характеристику при работе с обратным затвором (рис. 3g).Также была продемонстрирована модуляция числа всплесков при долгосрочном изменении. Применяются 10 последовательных импульсов (−6 В, 400 мс), за которыми следуют еще десять последовательных импульсов (3 В, 300 мс) с интервалом 500 мс, в то время как проводимость нашего устройства увеличивается с 4,3 до 11,02 нСм и уменьшается до 5,16. nS соответственно (рисунок 3h). Изменение проводимости отражает сильное облегчающее и подавляющее влияние на уровень запоминания электрического стимула с разным числом и полярностью спайков.Эффект облегчения можно дополнительно модулировать, применяя смещение верхнего затвора. На рисунке 3i показан динамический отклик, когда гетероструктура моделируется 10 последовательными импульсами (-8 В, 300 мс) и напряжение на верхнем затворе смещено на 1 В. Эффект упрощения был извлечен и нанесен на график с количеством импульсов и напряжением на верхнем затворе на рисунке 3j. Положительное смещение верхнего затвора демонстрирует очевидное облегчение долгосрочного изменения, в то время как отрицательное смещение подавляет изменение. Это подчеркивает настраиваемость нашей модели человеческой памяти при программировании долговременной памяти.

Способность принимать решения состоит из различных логических операций, составляющих важную функцию человеческого мозга.40 В отношении всех видов стимулов от мира нейроны должны принимать решения, обеспечивающие получение правильной реакции. Изученное ранее программирование системы памяти человека выявляет реакцию на стимул в асинхронных состояниях, в то время как действие принятия решения указывает на логический процесс, стимулируемый двумя разными всплесками в синхронных состояниях, и правильный ответ может быть сохранен.Гетероструктура может функционировать как логический вентиль, добавляя способность принимать решения в нашей системе памяти человека. Первичная логическая функция «ИЛИ» продемонстрирована на рис. , рис. 4a, с использованием задней и верхней клемм затвора отдельно в качестве входа A и входа B. Отрицательный (положительный) вход 2 В определяется как логический 0 (1), а выходные токи имеют два состояния, которые обозначаются как логический 0 (ток низкого уровня) и логическая 1 (ток высокого уровня). Затем выходные токи контролируются с течением времени с помощью V _ds 0.5 В, когда входы A и B меняются во всех четырех возможных логических комбинациях: (0,0), (0,1), (1,0) и (1,1). Логический элемент ИЛИ здесь генерирует выходной ток высокого уровня, если любой из входов находится в состоянии логической единицы. Результат показывает высокое отношение более 10 ³ в двух различных логических состояниях, что намного выше, чем в опубликованных литературных источниках. 5, 41, 42 Продолжительность логической операции более 100 циклов показана на рисунке 4b, что указывает на стабильное рабочее состояние. нашего устройства. На рисунке S10 (вспомогательная информация) показана логическая операция за один период.Стоит отметить, что механизм работы логики отличается от такового в традиционных кремниевых транзисторах.43 Для традиционного кремниевого транзистора необходимо как минимум два транзистора, чтобы построить логический вентиль «ИЛИ». Согласно нашему подходу, используется только одно устройство, и его нижняя и верхняя поверхности контролируются верхним и задним затворами соответственно. Только когда оба затвора дают низкий входной сигнал, устройство будет выдавать низкий ток и, таким образом, будет получено «ИЛИ». Этот механизм подробно описан на Рисунке S11, Вспомогательная информация.

Возможность принятия решений и хранение данных на месте. a) Демонстрация логического элемента «ИЛИ» с высоким коэффициентом более 10 ³ , что указывает на способность принимать простые решения. б) Долговечность операции «ИЛИ» более 100 циклов. c) Динамический отклик логической операции «ИЛИ» и сохранение результата на месте.

Кроме того, результат может быть сохранен на месте, иллюстрируя процесс «запоминания» после принятия решения в системе памяти человека.Одну операцию можно разделить на четыре этапа: логическая операция (амплитуда сигнала, 2 В), время ожидания, операция с памятью (амплитуда сигнала, 10 В) и мониторинг хранения данных (рисунок S12, вспомогательная информация). Гетероструктура Ван-дер-Ваальса сначала инициализируется в состояние «1». Когда вводится (0,0), достигается OUT-0; Логический 0 хранится в том же устройстве при приложении напряжения памяти 10 В от заднего затвора. Когда другие комбинации, включая (0,1), (1,0) и (1,1), достигнут OUT-1 и логическая 1 может быть сохранена с напряжением памяти (-10 В) от заднего затвора (рисунок 4c) ).Таким образом, полностью демонстрируются функции принятия решений и хранения данных на месте. Подробное сравнение с другими работами представлено в примечании S1 Вспомогательной информации.

В этой работе мы демонстрируем гетероструктуры Ван-дер-Ваальса с возможностью адаптации во времени для программирования систем памяти человека. Используя уникальные характеристики 2D-материалов, в нашу систему были интегрированы три типа памяти, включая сенсорную память (≈ миллисекундный уровень), кратковременную память (≈ второй уровень) и долговременную память (≈килосекундный уровень).Демонстрируются богатые функциональные возможности, основанные на системе памяти, включая забвение, переход памяти, потенцирование на уровне запоминания и депрессию. Кроме того, наша система человеческой памяти также может принимать решения с помощью логических операций и сохранять результат на месте. Продемонстрированная гетероструктура Ван-дер-Ваальса является подходящим кандидатом для программирования систем памяти человека.

Экспериментальная секция

Изготовление устройства : чешуйки MoS _2, , hBN и графена были получены механическим расслоением на высоколегированной кремниевой подложке со слоем оксида Al ₂ O ₃ с высоким κ 23 нм.Все 2D-материалы были закуплены из HQ-графена, а слой оксида с высоким κ был нанесен на голую кремниевую пластину с помощью технологии ALD. Материалы надлежащей толщины были идентифицированы под микроскопом и были уложены в разработанную структуру Ван-дер-Ваальса (MoS ₂ / hBN / графен / hBN) методом переноса поливинилового спирта (ПВС). Электроды были определены с помощью стандартной электронно-лучевой литографии, и металлические пленки Cr / Au толщиной ≈5 нм / 30 нм были нанесены с использованием электронно-лучевого испарения.Рисунки на hBN и MoS ₂ были определены как верхний электрод и электрод истока / стока соответственно. Самый нижний слой кремния выполнял функцию нижнего электрода.

Структурные характеристики : Морфология расслоенных материалов была определена с помощью оптической микроскопии (9XB-PC). Морфология структуры устройства была подтверждена с помощью SEM (Hitachi SU1510). Толщина определялась АСМ (Bruker Veeco Multimode 8).

Электрические измерения : Изготовленные устройства были измерены с использованием станции пробников (Cascade1100) и анализатора параметров полупроводниковых приборов (Keithley 4200SCAS).Как сигналы постоянного тока, так и импульсы напряжения генерировались с помощью блока источника / монитора (SMU) Keithley 4200 в 4200. Все измерения были протестированы при комнатной температуре.

Благодарности

Эта работа была поддержана Национальным фондом естественных наук Китая (61622401, 61851402 и 61734003), Национальной программой ключевых исследований и разработок (2017YFB0405600), Шанхайским фондом развития образования и программой Шугуан Шанхайской муниципальной комиссии по образованию (18SG01).П.З. также благодарит за поддержку Шанхайскую муниципальную комиссию по науке и технологиям (грант № 18JC1410300).

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Прямая стимуляция мозга модулирует состояния кодирования и производительность памяти у людей

https://doi.org/10.1016/j.cub.2017.03.028Получить права и контент

Основные моменты

•

Внутричерепная стимуляция мозга оказывает разное влияние на эпизодические производительность памяти

•

Стимуляция увеличивает производительность памяти при доставке в плохих состояниях кодирования

•

Активность мозга, связанная с воспоминаниями, увеличивается после стимуляции плохих состояний кодирования

•

Нейронная активность, связанная с контекстной модуляция состояния кодирования, предсказываемая памятью

Резюме

Люди часто забывают информацию, потому что не могут ее эффективно кодировать.Здесь мы проверяем гипотезу о том, что целевая электрическая стимуляция может модулировать состояния нейронного кодирования и последующие результаты памяти. Используя записи пациентов с нейрохирургической эпилепсией с внутричерепными имплантированными электродами, мы обучили многомерные классификаторы различать спектральную активность во время обучения, которая предсказывала запоминание от забывания, а затем декодировала нейронную активность в более поздних сеансах, в которых мы применяли стимуляцию во время обучения. Стимуляция увеличивала оценки состояния кодирования и отзыв, если доставлялась, когда классификатор указывал низкую эффективность кодирования, но имела обратный эффект, если стимуляция была доставлена, когда классификатор указывал высокую эффективность кодирования.Более высокие оценки состояния кодирования от стимуляции были связаны с большим количеством доказательств нейронной активности, связанной с кодированием контекстной памяти. При определении условий, при которых стимуляция модулирует память, данные предлагают стратегии терапевтического лечения дисфункции памяти.

Ключевые слова

стимуляция глубокого мозга

эпизодическая память

внутричерепная ЭЭГ

потенциал локального поля

многомерная классификация

свободный отзыв

эпилепсия

Рекомендуемые статьи Цитирующие статьи (0)

Else

Рекомендуемые статьи

Цитирующие статьи

Память человека — 1-е издание

Посвящения

Предисловие

Благодарность

Введение

Глава 1. Ссылки и подсказки

Аннотация

Движение в памяти: работа ссылок

Подсказки

Модели извлечения памяти

Ссылки

Глава 2. Распространение активации

Резюме

Память и контекст

Подсказки поиска и спецификации памяти

Эмпирики и конструктивисты Справочные обзоры памяти

Выводы .Структуры обработки

Аннотация

Обоснование структуры обработки

Структуры обработки для последовательного вызова

Теории последовательного вызова

Функции кодирования позиции при последовательном вызове

Выводы

Ссылки

Глава 4. Конструктивизм

конструктивизма

От эмпиризма к конструктивизму: изучение раннего пути исследования памяти

Коды долговременной памяти

Эпизодическое вспоминание и реконструкция памяти: отделение истинного опыта от искажения

Природа схем высшего порядка

Выводы

Ссылки

Глава 5.Личная память

Реферат

Критический анализ отдаленной личной памяти

Природа автобиографической памяти

Память о поездке в Марокко: краткое изложение теории

Некоторые факторы, влияющие на извлечение памяти

Ссылки

Глава 6 Модель Пиаже

Abstract

Женевский взгляд на человеческую память

Визуальные коды в памяти: фигуральные элементы и схемы восприятия

Женевские и основные представления эпизодической и семантической памяти

Сознательные процессы и содержимое памяти: женевское представление

Контекст и кодирование в долговременной памяти

Выводы

Ссылки

Глава 7.Измененные воспоминания

Abstract

Изменения в эпизодической памяти: эффект дезинформации

Модели содержимого эпизодической памяти

Переменные, влияющие на выбор одного кандидата для извлечения из другого

Выводы

Справочные материалы

Переменные, влияющие на реконструкцию и пропозициональное кодирование

Abstract

Диссоциативная природа памяти

Извлекаемость содержимого памяти: роль вывода

Три момента, касающихся человеческого воспоминания

пропозиционального кодирования

Ссылки

.Память и эмоции

Abstract

Влияние эмоций на воспоминания

Эмоции и память в повседневной жизни

Физиологическая основа воспоминаний, характеризующихся эмоциями

Выводы

Ссылки

Abstract Глава 10. Память и схемы

Роль схем в долговременной памяти: женевский взгляд

Концептуальные схемы в припоминании слов и эпизодической памяти

Теоретические модели схем

Перцепционные и моторные схемы в памяти

Выводы

Ссылки

Приложение A.Типы ссылок в памяти

Ссылки идентичности

Ссылки сходства

Связи смежности

Ссылки порядка

Временные ссылки

Причинные связи

Ссылки подмножества / надмножества

Связи по частям / целым

Приложение B.

Отрицательный перенос

Упреждающее вмешательство

Обратное вмешательство

Теория помех

Ссылки

Указатель

Производительность вычислений — расстояние между данными как мера задержки | Формулус Черный

Технология памяти также улучшила цикл и скорость шины, а также общий размер, позволяющий увеличивать основную системную память (оперативную память, RAM).Наряду с этими изменениями, технология хранения продолжает совершенствоваться. Жесткие диски (HDD) уступили место использованию последовательного интерфейса Advanced Technology Attachment (SATA), а также твердотельных накопителей, подключаемых к энергонезависимой памяти (NVMe), что увеличивает количество операций ввода-вывода диска и значительно снижает задержку между хранилищем и ОЗУ.

Тем не менее, несмотря на все эти улучшения, поиск приемлемой производительности продолжает занимать большую часть времени ИТ-специалистов (вы можете убедиться в этом у своего дружелюбного и измученного администратора локальной базы данных).Почему, несмотря на все эти улучшения, мы все еще стремимся к еще большей производительности?

Ответ сложнее, чем упрощеннее, но есть фундаментальный (и буквальный) шинный мост, который мы все должны пересечь, который постоянно ограничивает все наши усилия по увеличению скорости. Чтобы лучше понять это, полезно сначала установить уровень, проанализировав на высоком уровне путь обработки данных, потому что все мы склонны упускать из виду основы в ярком свете новых технологий.

Центральный процессор (ЦП) вашего типичного компьютера управляет математикой, которая дает результаты, которые мы ищем.Компоненты процессора получают данные из относительно небольших областей хранения, называемых регистрами. В регистры ЦП поступают данные из многоуровневых кешей (L1, L2 и L3), которые находятся на процессоре. Данные, хранящиеся в кэш-памяти, имеют меньшее время задержки (отчасти потому, что они физически ближе) к процессору, чем данные, содержащиеся в ОЗУ или периферийном хранилище. Какие данные находятся на каком уровне кеша, зависит от частоты их использования процессором.

Регистры также могут обращаться к ОЗУ, если они не находят необходимые данные на одном из уровней кэш-памяти.Данные, находящиеся на периферийных устройствах хранения, должны быть загружены в оперативную память для использования процессором. Если размер ОЗУ недостаточен для всех необходимых данных, происходит обмен данными между ОЗУ и более медленными, но более крупными периферийными устройствами хранения, такими как твердотельные накопители (SSD) и жесткие диски (HDD). Современное периферийное хранилище SSD подключается через SATA или, в последнее время, NVMe, транспортный протокол, который работает через PCIe (Peripheral Component Interconnect Express).

Что все это значит? В конечном счете, самый высокий потенциал производительности компьютера — это данные, хранящиеся в процессоре.