<<
>>

7. Обучение и память: что нам известно обо всем этом на самом деле?

Когда мы встречаемся с кем-то из своих знакомых, наша зрительная система воспринимает лицо этого человека, и мы его узнаем. Мы легко отличаем это лицо от других — если, конечно, речь не идет об однояйцевых близнецах.

Итак, восприятие связано, в общем случае, с узнаванием неких предметов, людей, образов и т. д. Узнавание предполагает, что прежде состоялось некое обучение, т. е. произошло «знакомство» с данным предметом, явлением или человеком. Именно потому, что при узнавании в результате зрительного восприятия решающую роль играют обучение и память, мы сейчас и займемся рассмотрением связанных с ними психических процессов на примере животных и человека.

При исследованиях функций памяти и процессов обучения можно, как и прежде, условно выделить два уровня: макроскопический и микроско-пический. На макроскопическом уровне психологи заняты изучением ре-зультатов человеческой деятельности, связанной с процессами обучения, и попытками выяснить, при каких условиях эти процессы протекают в оптимальном режиме. Когда и при каких обстоятельствах человек обучается быстрее всего? Чему именно он обучается особенно хорошо? Вот некоторые заключения, полученные в результате таких исследований. Успешность обучения зависит от степени нагрузки (слишком низкие — равно как и слишком высокие — нагрузки ограничивают способность человека научиться чему- либо, в то время как некий «средний» уровень нагрузок помогает овладеть предметом). Интерес, мотивация обучаемого также играют огромную роль; кроме того, велика роль внимания, которое обучаемый сосредоточит на предмете. Исследование всех этих моментов, связанных с процессами обучения, вплотную приближается к исследованию психических состояний мозга, наиболее благоприятных для обучения. Опытным педагогам и методистам известно, что частое повторение или обучение с помощью так называемых «ключевых слов» и ассоциативного ряда увеличивает вероятность успешного усвоения материала учащимися.

Специальные исследования были посвящены определению механизмов запоминания, участвующего в процессе обучения.

Так, к примеру, группе испытуемых было предложено с определенной скоростью прочесть вслух сорок простых коротких слов. Сразу после прочтения испытуемые должны были записать запомнившиеся им слова. График на рис. 7.1 иллюстрирует полученные в ходе исследования результаты. Мы видим, что первые несколько слов (в среднем — три) запоминают практически все испытуемые. Последующие слова воспроизводятся реже, но — что интересно! — четвертый десяток предложенных слов вновь воспроизводится большинством участников эксперимента вполне успешно. Здесь же показан результат другого теста, отличающегося от первого тем, что прочитанные вслух сорок слов испытуемым предлагалось записать по памяти не сразу после прочтения, а лишь через некоторый промежуток времени (порядка 20 с); в течение этих нескольких секунд испытуемые были заняты несложными

15 20 25 номер слова

Рис. 7.1. Результаты эксперимента по исследованию кратковременной памяти. Пунктирная линия: испытуемые записывают слова сразу после прочтения; сплошная линия: испытуемые записывают слова с задержкой в 20 секунд

счетными заданиями, которые необходимо было решить «в уме». Последний десяток слов, как мы видим, воспроизведен на этот раз отнюдь не столь успешно, как в условиях первого эксперимента.

Сравнение двух кривых позволяет сделать вывод о том, что кратковременная память способна сохранять информацию примерно десяти последних секунд. Именно благодаря кратковременной памяти так высок процент запоминания последних десяти слов. Когда же испытуемым были предложены сразу после прочтения слов еще и задачи, требующие несложных устных вычислений, объем кратковременной памяти оказался занят именно результатами этих вычислений, а слова к этому времени были уже «стерты». В обоих случаях испытуемые довольно успешно могли вспомнить несколько первых из сорока прочитанных ими слов: это объясняется тем, что информация от временного промежутка, в течение которого были прочитаны эти начальные слова, была сохранена уже в так называемой среднесрочной памяти, обладающей меньшей емкостью, но большим «сроком хранения», нежели кратковременная память.

Информация может сохраняться в среднесрочной памяти на протяжении нескольких часов или даже суток; некоторая часть такой информации переходит затем в так называемую долговременную память и может оставаться там очень продолжительное время, порой даже всю жизнь.

В долговременной памяти находится информация, полученная чело-веком либо посредством множественных повторений (так, например, мы пользуемся умением говорить на родном языке или писать), либо благодаря единичному, но очень сильному впечатлению — таковыми часто оказываются впечатления детских лет. Эксперименты позволяют провести границу между долговременной и кратковременной памятью и продемонстрировать различия между этими двумя типами памяти. Известно, что вследствие применения электрошокотерапии или наркоза, после переохлаждения или вдыхания воздуха с избытком кислорода, а также при несчастных случаях, сопровождающихся сильным шоком, из памяти пациентов исчезает информация, хранившаяся в кратковременном объеме памяти; однако все, что содержалось в долговременной памяти, остается нетронутым, даже если с человеком произошло что-либо из вышеперечисленного.

На рис. 7.2 представлена модель процессов, посредством которых информация, воспринимаемая нами через органы чувств, достигает мозга. Следует понимать, что через органы чувств на мозг постоянно, ежесекундно обрушивается поистине гигантская лавина самой разнообразной информации. Глаза воспринимают сложнейшую постоянно изменяющуюся «картину окружающего мира», состоящую из многообразия цветов, форм и образов; уши улавливают всевозможные шумы, шорохи или музыку Если мы при этом сидим на стуле, мозг получает сигнал от тактильных рецепторов. Возможно, в комнате еще и тикают часы, а за окном шумят автомобили — однако лишь очень ограниченная часть всего этого потока информации достигает сознания. Ведь если вы, например, поглощены каким-то интересным разговором, вы уже не слышите ни уличного шума, ни тиканья часов, вас больше не занимает жесткость стула, вам важно лишь выражение лица вашего собеседника. Прежде чем достичь сознания, поступающая информация попадает сначала в кратковременную память, которая обладает, образно говоря, очень малой емкостью. Большая часть информации здесь теряется; то, что осталось, проходит дальше, в среднесрочную память, где и может сохраняться несколько часов или даже суток. На этом этапе вновь происходит потеря некоторого количества информации; затем совсем уже небольшая часть (от первоначального объема) достигает поистине колоссальных хранилищ долговременной памяти, где человек в течение всей своей жизни собирает огромную коллекцию лиц, предметов, явлений, событий и т. п. — т. е., несмотря даже на многочисленные «потери», невообразимо огромное количество информации.

Однако зададим себе вопрос: каким же образом осуществляется обучение? Как протекают процессы обучения на микроскопическом уровне? Если вспомнить об огромном числе нервных клеток, содержащемся в человеческом мозге, станет ясно, что исследования такого рода представляют собой чрезвычайно сложное (и даже в каком-то смысле рискованное) предприятие. поступление 10 -10 бит/с органы чувств

поступление

15-20 бит/с

кратковременная память

емкость

180 200 бит

С ^г

невоспринимаемая информация

потеря через 10-20 секунд

іЧ—'< -г

поступление

0,3-1 бит/с

среднесрочная память

емкость

у**"

с. >

10 -10 бит

поступление

0,03-0,1 бит/с

долговременная память

емкость

I о

>10 бит

потеря через несколько часов или суток

у

потеря через несколько лет

Рис. 7.2. Модель фильтрации памяти (схематично). 1 бит соответствует количеству информации, получаемой при приеме сообщения об осуществлении одного из двух равновероятных событий

Именно поэтому первыми были изучены очень простые организмы — такие, как Ар1уи1а (аплизии, или морские зайцы) и Неттхепйа. Эти морские моллюски, естественно, способны научиться лишь очень и очень простым вещам. Надо заметить, кстати, что под «научением» биологи понимают изменение поведения под воздействием нового опыта, приобретенного испытуемым. Отсюда следует, что в случае, когда испытуемым оказывается какое-нибудь животное, об успешности обучения можно говорить только если в ходе эксперимента наблюдаются какие-то конкретные изменения в поведении этого животного. В ответ на раздражение дыхательной трубки аплизия втягивает жабры; при постоянном повторении этого раздражения наблюдается ослабление реакции. Если же механическое раздражение со-

провождалось болевым воздействием, то при многократном раздражении упомянутая реакция, напротив, усиливалась. Моллюск Негттепс1а во время эксперимента «обучался» установлению взаимосвязи между вспышкой света и возникновением водоворота в окружающем его (моллюска) объеме воды; результатом этого «обучения» стало уменьшение скорости движения моллюска.

Эти представители животного мира замечательно подходят для роли «испытуемых», поскольку, обладая очень простой нервной системой, структура которой описывается несложной схемой, они все же способны демонстрировать недвусмысленные изменения в своем поведении, что позволяет исследователям точно установить в ходе экспериментов произошедшие в результате «обучения» перемены. Специфические изменения были обнаружены у подопытных моллюсков и на микроскопическом уровне; например, у аплизий происходили изменения в передаче возбуждения через синапсы. На первом этапе эксперимента, пока аплизия «привыкала» к постоянному раздражению, передача возбуждения замедлялась; затем, при введения болевого раздражителя, чувствительность аплизий повышалась, и передача возбуждения ускорялась. Биохимические механизмы наблюдаемых изменений вполне объяснимы, однако в силу того, что объяснения эти все же довольно сложны, мы не будем здесь на них останавливаться. Заметим лишь, что важную роль во всех этих процессах играют кальций, определенные химические вещества и энзимы. В случае же с моллюском Негтшепйа наблюдалась повысившаяся после «обучения» чувствительность отдельных нервных клеток.

Мозг млекопитающего и человека настолько сложен, что создание простой и точной модели для описания деятельности нервной системы представляется невозможным. Следовательно, для обнаружения принципиальных механизмов обучения и прочих связанных с памятью процессов следует избрать иной путь. На основании результатов изучения воздействия на человека уже упоминавшихся наркоза и электрошока можно предположить, что для каждого типа памяти существуют различные биохимические механизмы: для краткосрочной — один, для долгосрочной — другой. Существует гипотеза, согласно которой кратковременное сохранение информации обеспечивается циркуляцией нервного импульса в замкнутых цепях нейронов (рис. 7.3). При охлаждении или воздействии электрошока такие замкнутые цепи могут быть разрушены, что вызывает нарушение кратковременной памяти. Существование замкнутых нейронных цепей уже довольно давно получило подтверждение на анатомическом уровне: электрофизиологические исследования и клинические эксперименты, про- веденные в 60-е годы XX века, свидетельствуют, что подобный механизм позволяет сохранять сигнал в течение весьма продолжительного времени. Но более сложные процессы — такие, например, как восприятие человеком лиц — наверняка не могут быть обусловлены простой циркуляцией сигнала по замкнутой цепи из нейронов, для этого требуется куда более сложная пространственно-временная модель нейронной активности. Эта гипотетическая пространственно-временная модель должна включать в себя одновременную активизацию большого числа нервных клеток, передающих поток импульсов другим группам нервных клеток в результате возникновения между ними временной связи. Картина пространственно-временного распределения нейронов иначе называется динамической энграммой, или «памятным следом». Можно представить себе нервные клетки в виде крошечных электрических лампочек, которые определенным образом размещены в пространстве и вспыхивают и гаснут в определенном ритме, так что получаемый в результате световой узор дает совершенно определенную пространственно-временную картину (энграмму).

Рис. 7.3. Циркуляция нервных импульсов по замкнутым цепям нейронов

Каким же образом фиксируется содержание довольно-таки быстро ис-чезающего памятного следа? Эксперименты с отдельными нервными клетками показывают, что различные типы синапсов головного мозга начинают производить с этой целью большие количества химических веществ, служащих медиаторами. Это означает, что если некий синапс принимает нервные импульсы очень часто, то с течением времени сила воздействия этих импульсов на синапс увеличивается; выделение медиатора синапсами также увеличивается, и соседней клетке передается соответственно усиленный импульс. Кроме того, был обнаружен и еще один феномен: клетка становится чувствительнее даже при неизменном количестве выделяемого в синапсе медиатора. И все же оба описанных феномена имеют определенные временные рамки. Импульс и впрямь может сохраняться довольно долго, даже до 10 часов, что, впрочем, никак не объясняет природы долгосрочной памяти; упомянутый эффект можно было бы счесть неким переходным этапом между краткосрочной и долгосрочной памятью.

Эксперименты дают четкое представление о той роли, которую играют в механизме долгосрочной памяти биохимические процессы. В качестве примера можно привести сравнительные данные по такому химическому соединению, как рибонуклеиновая кислота (РНК). Для эксперимента были взяты две группы крыс: одна группа была «обучена» находить в лабиринте пищу, вторая же использовалась в качестве контрольной. Результат сравнения содержания в клетках мозга этих крыс рибонуклеиновой кислоты таков: у крыс первой группы ее оказалось на 60-100% больше. РНК является важным элементом процесса белкового синтеза — она «содержит» в себе информацию, в соответствии с которой выстраивается молекула белка. Интересные результаты дают опыты с впрыскиванием крысам веществ, тормозящих процесс синтеза белка. Сначала крысы, которым была сделана инъекция, выучиваются проходить лабиринт так же хорошо, как и крысы из контрольной группы. Однако сохранить приобретенные во время обучения навыки подопытные крысы не могли — по прошествии примерно трех часов они начисто забывали путь через лабиринт и уже не могли отыскать в нем пищу. Если же инъекция производилась спустя два часа после завершения обучения, все крысы отлично сохраняли приобретенные навыки прохождения лабиринта и ничем не отличались от крыс из контрольной группы. Этот эксперимент показывает, какое значительное влияние оказывают биохимические процессы (в частности, синтез белка) на сохранение информации в долгосрочной памяти. После того как этот факт был окончательно установлен, появилась теория, в соответствии с которой содержание памяти должно фактически определяться химическим составом молекул медиатора, подобно тому, как химическим путем передается по наследству информация, необходимая для синтеза белка. Один ученый даже утверждал, что ему удалось выделить такое химическое соединение, которое обуславливает у животных страх пе-ред темнотой. Это соединение он получил в результате эксперимента, в ходе которого у животных развивался страх перед темнотой, и назвал «ско- тофобин» (скотофобия — боязнь темноты). Охватившая общество эйфория позволила поверить в возможность получения соединений, которые определяли бы содержание памяти. Перед взорами людей представало чудесное видение: в будущем детям больше не придется ходить в школу, достаточно будет лишь принять нужные таблетки! Однако в конечном счете эта теория обнаружила свою несостоятельность. Эксперименты оказались невоспроизводимыми, т.е. другим исследователям не удалось подтвердить существо-вание особых соединений, определяющих содержание памяти. Очевидно, связь белкового синтеза с процессом запоминания объясняется как-то иначе. Сегодня предполагается, что если синапсы подвергаются частому воз-буждению, то изменения в них происходят на микроструктурном уровне, и синапсы оказываются способны увеличивать проводимость. При ограниченном же использовании синаптические связи разрушаются, а синапсы вырождаются. Итак, предполагается, что активизация процессов белкового синтеза необходима для повышения эффективности уже существующих и образования новых синапсов, а кроме того, возможно, и для увеличения количества производимых синапсами медиаторов.

В последнее время было выяснено, что на синапсах, которые часто используются, молекулы группируются в упорядоченные волокнистые структуры; группы таких молекул называются ганглиозидными (рис. 7.4). Чем чаще на синапс передается возбуждение, тем большее количество волокон объединяется вместе; вероятно, они облегчают прохождение медиатора и повышают проводимость нужных синапсов, улучшая связь между ними и образуя нечто вроде хорошо сплетенной нервной сети, удерживающей в себе памятный след.

Возможно, содержание памяти и впрямь можно закодировать с помощью определенных специфических межнейронных связей. И все же сомнительно, что каждому сохраненному в памяти сигналу соответствует некая определенная схема связей. Как мы уже упоминали в предыдущей главе, объекты окружающего мира чрезвычайно разнообразны: деревья, например, могут быть очень различными по высоте, форме и т.д., однако они легко распознаются нами именно как деревья. Остается по-прежнему неясно, каким же образом происходит отбор существенных особенностей из воспринятого целостного образа? Или: как работает подобный сортирующий механизм у животных? С точки зрения синергетики, действие этих механизмов основано на принципе самоорганизации. Как только объект воспринят, в мозге создается некий образ, подобный воспринятому объекту, так что в данном случае имеет место не простое сопоставление воспринятой реальной действительности с сохраненными в памяти шаблонами, а именно с амоорганиз ация.

Принцип изменения проводимости синапсов пригодился и создателям компьютерной техники, о чем мы расскажем подробнее в третьей части нашей книги. Сейчас же обратимся к уже неоднократно привлекавшимся

транссинапти- ческие каналы

синаптическая щель

Рис. 7.4. Транссинаптичсскис каналы. А: фотография, полученная с помощью электронного микроскопа; Б: схсматичсскос изображение

нами в качестве примеров зрительным процессам, описание которых является главной задачей этой книги. Начнем с устройства человеческого глаза.

<< | >>
Источник: Хакен Г., Хакен-Крелль М.. Тайны восприятия. — Москва: Институт компьютерных исследований, 2002, 272 стр.. 2002

Еще по теме 7. Обучение и память: что нам известно обо всем этом на самом деле?:

  1. ДИАТРИБА1, ИЛИ РАССУЖДЕНИЕ" О СВОБОДЕ ВОЛИ
  2. Мартин Лютер О РАБСТВЕ ВОЛИ
  3. XIX. Граф Толстой о Думе.
  4. Глава 1ИСТОРИЧЕСКИЙ ПУТЬ РАЗВИТИЯ ПСИХОЛОГИИ
  5. Глава 6 ПАМЯТЬ
  6. Что человек может?
  7. Творческие способности
  8. Глава 10. Уильям Джеймс и психология сознания.
  9. Отечественная психология в 20-40-е годы XX века
  10. Глава I Размножение живых существ. История зародыша
  11. ГЛАВА 2. ОПИСАНИЯ ЛЕКАРСТВЕННЫХ СРЕДСТ
  12. Глава 2 РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ИНДИВИДУАЛЬНЫХРАЗЛИЧИЙ
  13. Глава 10. Память