Величина информационной емкости запоминающих устройств нашего мозга, необходимая для объяснения наблюдаемых свойств памяти, сама по себе представляет одну из труднейших проблем, с которыми сталкивается любая теория работы мозга. Достаточно вспомнить данные Пенфилда о том, что при электрическом раздражении в памяти больного могут оживать, казалось бы, незначительные эпизоды далекого прошлого и что к тому же они часто воспроизводятся в таких деталях, какие обычно кажутся совершенно недоступными для нормальной памяти. Подобные наблюдения придают правдоподобие давно уже распространенным в литературе сообщениям о феноменальных проявлениях памяти, демонстрируемых в состоянии гипноза. Одно такое сообщение, обсуждавшееся на нескольких симпозиумах, посвященных исследованию мозга, касается 60-летнего каменщика. который в состоянии гипноза мог описать отдельные кирпичи в стене, выложенной им в возрасте между 20 и 30 годами. Наличие описанных им в гипнозе неровностей на поверхности кирпичей можно было проверить, и они оказались там на самом деле! Еще один случай, приводимый психологами, касается взрослого человека, которого просили вспомнить некоторые подробности классной комнаты, где он сидел в возрасте 6 лет. Вначале он не смог этого сделать даже в состоянии гипноза, но легко описал нужные детали, когда гипнотезер внушил ему, что ему снова 6 лет!

Такого рода намеки на сохранение в мозгу постоянной записи прошлых событий, далеко превосходящей по полноте то, что мы обычно можем воспроизвести сознательно, заставил некоторых исследователей серьезно отнестись к возможности того, что все сенсорные данные, которые мы получаем на протяжении нашей жизни, полностью сохраняются где-то в памяти. Джон фон Нейман в своей книге «Вычислительная машина и мозг» [23] подсчитал, что это означало бы в смысле объема памяти, необходимого мозгу. Его вычисления, несомненно, исходят из максимальных возможных требований, так как он не только предположил, что в течение всей жизни (60 лет) ведется полная запись электрических сигналов, посылаемых всеми осязательными, зрительными и иными рецепторами, но и принял, что все примерно 10 миллиардов нейронов мозга представляют собой рецепторы в том смысле, что все детали их электрической активности сохраняются где-то в нервной системе. Этот расчет показал, что при таких условиях емкость памяти должна составлять 2,8*10²⁰ битов информации. Если для записи одного бита требуется один двухпозиционный переключатель, то это означает, что на каждый нейрон в нервной системе должен приходиться объем памяти, эквивалентный 30 миллиардам таких переключателей!

Это крайне завышенный расчет; в действительности, по-видимому, нет надобности заходить так далеко. Несколько более скромный результат получается, если ограничить расчет количеством информации, доставляемым одними лишь сенсорными рецептора-ми. Большая часть нашей входной информации приходится на долю зрения; емкость памяти, вычисленная на основе данных об электрической активности волокон зрительных нервов, не слишком отличалась бьют той. которая требуется для записи всех входных раздражителей. Если число рецепторов в сетчатках обоих глаз принять равным 2 миллионам, среднюю частоту выходного сигнала раздражаемого нейрона сетчатки — 14 импульсам в секунду и продолжительность жизни — 2•10⁹ секундам, или 60 годам, то необходимая емкость памяти составит уже всего 6 • 10¹⁶ битов, что соответствует 6 миллионам двоичных элементов памяти на каждый нейрон. Это число, хотя оно и значительно меньше полученного фон Нейманом, все же кажется нам малоутешительным.

Однако подобные расчеты представляют собой, вероятно, чрезмерную реакцию на открытие того неожиданного факта, что наша память хранит значительно больше информации, чем можно было предполагать раньше. Несмотря на яркость «повторного переживания» прошлых событий, описанного больными Пенфилда, ничто не указывало на то, что вызванные переживания сколько-нибудь приближались по полноте информационного содержания к первичным восприятиям. Даже то, что через несколько лет событие воспроизводится так же отчетливо, как если бы человек вспомнил его в первые мгновения после действительного восприятия, не дает нам никаких оснований думать, что количество деталей здесь сравнимо с принятым в наших вычислениях. В самом деле, в этом нетрудно убедиться. Пусть читатель войдет в незнакомую комнату, внимательно рассмотрит ее в течение нескольких минут, а затем закроет глаза и попробует сравнить свое воспоминание с тем, что он видел при открытых глазах. Хотя в его мысленном представлении и сохранится несколько подробностей, на которые он обратил особое внимание, огромное большинство деталей текстуры, яркости и цвета, входивших в первоначальную, чрезвычайно ясную картину восприятия при открытых глазах, исчезнет из памяти. Мы уже приводили слова Пенфилда о том, что память регистрирует «все, что человек некогда осознавал, то, на что он обратил внимание в тот про-межуток времени. Здесь отсутствуют ощущения, которых он не замечал, разговоры, к которым он не прислушивался». Хотя в нашей памяти и может храниться в какой-то форме запись обыденных прошлых событий, которые мы не сочли бы достойными запоминания, нет никаких доказательств того, что качество такой записи приближается к фотографической полноте и точности. Но и само предположение, что в памяти регистрируются все события, не более чем экстраполяция, основанная на горстке наблюдений, в которых отмечалось детальное воспроизведение несущественных событий при электрическом раздражении коры. Кажется более вероятным, что с каждым из этих как будто бы тривиальных событий в свое время было ассоциировано что-то, благодаря чему оно запомнилось, тогда как другие события, которые кажутся сегодня не менее существенными, не были зафиксированы. В самом деле, вряд ли в памяти того 60-летнего каменщика хранились детали поверхности каждого из кирпичей, уложенных им в стены всех зданий, которые он возвел на протяжении сорока лет своей трудовой жизни!

Автору, по крайней мере, кажется вероятным, что в нашей системе долговременной памяти регистрируется лишь небольшая доля переживаемых нами событий и что даже в тех событиях, которые мы действительно помним, мы выделяем и фиксируем лишь ничтожную часть первоначальных сенсорных данных. Подвести объективную и количественную базу под такого рода субъективное впечатление довольно трудно, но можно сделать один подсчет, который, пожалуй, имеет отношение к данному вопросу. Разнообразные психологические тесты привели к заключению, что количество информации, которое человек может воспринять через органы чувств и тотчас же передать другому лицу, совсем невелико; наивысшая оценка, полученная при самых благоприятных условиях, составляет около 25 битов в секунду. Эго согласуется с повседневным опытом каждого из нас: мы можем сразу охватить своим вниманием не более 5—10 информационных «объектов», если понимать под «объектом» какое-либо название, предмет и т. п. Такой объект может заключать в себе в среднем 15 битов информации, т. е. одновременно мы можем иметь дело с информацией, составляющей каких-нибудь 75—150 битов. Эти цифры несоизмеримо малы в сравнении с тем огромным количеством информации, которая поступает в наш мозг через органы чувств и которая, следовательно, доступна для нашего сознания, но обычно не фиксируется им. Если мы произведем наш расчет емкости памяти на основе «действительно воспринимаемой» информации — 25 битов в секунду, то требуемая емкость окажется равной примерно 50 миллиардам битов, что соответствует 4—5 двухпозиционным переключателям на нейрон вместо тех миллионов или миллиардов, которые мы получали в прежних расчетах.

Мы можем еще больше снизить нашу оценку необходимого объема памяти, если примем, что наши запоминающие устройства заполняются со скоростью 25 битов в секунду лишь в течение какой-то части суток. К дальнейшему существенному снижению мы придем, предположив, что значительная часть следов нашей долговременной, или «постоянной», памяти на самом деле вовсе не является постоянной, что многие комплексы следов не используются и поэтому угасают, так что через несколько часов, дней или недель соответствующие элементы памяти освобождаются и вновь поступают в «общий фонд» элементов, способных фиксировать новую информацию. На предыдущих страницах, мы, правда, подчеркивали относительное постоянство следов той памяти, которую мы называли «долговременной», но это делалось лишь для отличия их от следов, сохраняющихся несколько секунд или минут. И мы видели, что некоторые из этих следов действительно весьма постоянны и даже обнаруживают тенденцию с течением времени становиться прочнее. Однако мы в общем придерживались концепции об укреплении следа памяти в результате его частого использования; мы представляем себе, что возникающие в процессе вспоминания нейронные токи, вновь проходя по прежним путям, поддерживают и усиливают те физические изменения в нейронном материале, которые некогда привели к первичному образованию следа. Как бы ни была интересна гипо-теза Рассела о непрерывном укреплении прочных следов памяти под действием случайных нейронных токов без участия сознательного вспоминания, есть веские данные в пользу того, что автоматические бессознательные процессы сами по себе недостаточны для прочной фиксации всех следов на всю жизнь. Конечно, если бы мы могли каким-то образом извлечь и рассмотреть все содержимое архивов нашей памяти, мы, вероятно, с удивлением обнаружили бы там записи многих событий, которые мы считали давно забытыми; но вполне возможно и то, что мы не нашли бы многих следов, которые были бы найдены при такой же «инвентаризации» пятью годами раньше. Пятидесятилетний человек, способный вспомнить десятую часть тех эпизодов 19-го года своей жизни, которые он ясно помнил в 20 лет, уже произвел бы на большинство из нас впечатление человека с хорошей памятью. И для этого ему хватило бы одной десятой доли нейронного материала, который некогда хранил память о событиях того года.

Но если наши оценки необходимого объема памяти могут различаться на много порядков в зависимости от сделанных нами исходных предположений, то зачем же тратить время на все эти вычисления? Дело в том, что такие расчеты могут дать нам некоторые указания относительно самой основы механизма памяти. Хотя все согласны с тем, что формирование следа памяти связано с физическими изменениями в нейронном материале, пока еще неизвестно, в чем именно состоят эти изменения. Один очень важный вопрос, к которому подсчеты объема памяти имеют прямое отношение, касается того, служит ли основным элементом памяти сам нейрон. Ясно, что это возможно лишь в том случае, если число битов хранимой информации меньше числа нейронов в головном мозгу. Как мы видели, мы с трудом можем удовлетворить этому требованию, сделав на всех этапах расчета «натяжки» в сторону уменьшения объема памяти. Однако такой предельный результат не слишком убедителен, особенно если учесть такие факторы, как потребность в элементах памяти для регуляции автоматических телесных функций и избыточность, которая может быть связана с дублированием следов памяти в различных местах.

К счастью, нейрон в целом — не единственно возможный кандидат на роль элементарной единицы памяти. Каждый нейрон в головном мозгу имеет много входных «клемм». По некоторым оценкам среднее число синапсов, образуемых на теле и дендритах каждого нейрона аксонами других клеток, может достигать тысячи. Большинство исследователей склонно думать, что память связана с повышением проводимости этих синаптических соединений. В таком случае число элементов памяти будет уже в тысячу раз больше числа нейронов, что, по-видимому, лучше согласуется с требуемой емкостью памяти.

Есть и еще одна возможность. Уникальные свойства мозга не обязательно должны быть связаны только с нейронами и их взаимными соединениями. Промежутки между нейронами заполнены множеством так называемых глиальных клеток, которые настолько мелки, что их приходится около десятка на каждый нейрон в мозгу. До сих пор мы игнорировали эти клетки в соответствии с классической неврологической доктриной, приписывающей им только «подсобную» роль, связанную с некоторыми химическими процессами, необходимыми для поддержания обмена веществ в нейронах. Но не все ученые убеждены в правильности такой интерпретации. Например, У. Р. Эйди из калифорнийского университета в Лос-Анжелесе приводит убедительные доводы в пользу того, что некоторые процессы интеграции или переработки информации в мозгу, возможно, обусловлены местными изменениями в сопротивлении электрическим токам, проходящим через всю войлокообразную массу дендритов, из которой состоит большая часть нейронного материала головного мозга. Согласно этой теории, дендритные структуры образуют как «входы», так и «выходы» элементарных единиц вычислительной системы, а залпы дискретных потенциалов действия, пробегающих по аксонам, осуществляют лишь передачу обработанной информации в отдаленные пункты. При такой интерпретации глиальные клетки, часто почти вплотную прилегающие к телам и дендритам нейронов, тоже могли бы играть определенную роль в механизме памяти. Стойкие изменения в их способности проводить электрический ток к отдельным участкам нейронов могли бы влиять на дендритные токи и тем самым порождать элементарные проявления функции памяти. Эта гипотеза, так же как и та, которая приписывает элементарную функцию памяти дендритным синапсам, во много раз увеличивает возможный объем памяти по сравнению с таким механизмом, где один нейрон может хранить всего лишь одну двоичную единицу (один бит) информации.

Одна из важнейших целей неврологических исследований в настоящее время состоит в выяснении существенных характеристик следа памяти — локализации и природы необратимых изменений, лежащих в основе памяти. Здесь трудно придумать и осуществить эксперименты, которые позволили бы получить прямые данные. Поперечное сечение типичного синапса в головном мозгу составляет всего лишь 10^—8 квадратного сантиметра. Пока еще не удалось произвести микроскопическое исследование одного синапса до и после нервной активности с целью установить, не изменяются ли слегка его физические размеры (одна из гипотез образования следов памяти). Еще труднее аналогичным образом исследовать детальные электро-химические свойства синапса до и после обучения.

К счастью, ученые нередко находят косвенный подход к решению проблемы, когда прямой подход при существующих методах невозможен. Один из таких косвенных подходов состоит в сравнении химического состава проб нейронного материала, взятых из смежных участков мозга животного после резко повышенной активности одного из этих участков, вызванной электрическим раздражением. Любые химические различия между материалом, подвергавшимся и не подвергавшимся раздражению, можно было бы поставить в связь с тем единственным стойким функциональным изменением, которое происходит в мозгу в результате его деятельности,— с формированием следов памяти.

Проведенные к настоящему времени исследования такого рода определенно указывают, что нейронная активность ведет к увеличению содержания РНК в нервных клетках. РНК представляет собой тот материал, от которого зависит количество и типы белков, образующихся во всякой живой клетке. Не нужно большого воображения, чтобы представить себе возможную связь между синтезом белка и изменениями проводимости синапсов. Такого рода соображения о химической природе следов памяти в настоящее время весьма умозрительны, но они служат примером тех направлений исследования, от которых в ближайшие годы можно с уверенностью ожидать позитивных результатов.