Как работает память и мозг: механизмы запоминания, обучения и хранения информации

Татьяна Яснова

Пишу и редактирую материалы о школьном образовании, семейном обучении, поступлении и выборе образовательных программ. Стараюсь объяснять сложные вопросы простым и понятным языком, опираясь на актуальные нормативные документы и экспертные материалы.

Задать вопрос

Память — это способность мозга кодировать, хранить и извлекать информацию, и работает она не как хранилище файлов, а как сеть связей между нейронами. Тот факт, что разные виды памяти обеспечиваются разными структурами, стал очевиден после описания пациента, у которого после удаления медиальных отделов височной доли перестали формироваться новые воспоминания при сохранной способности осваивать навыки^[1]. С этого наблюдения началось современное представление о памяти.

Практический смысл этой теории простой: понимая, на каком этапе материал теряется, можно точечно исправить учёбу. Забывание после недосыпа, забывание из-за невнимательности на уроке и невозможность вспомнить то, что точно знаешь, — три разные поломки с тремя разными решениями.

Ниже — путь информации от восприятия до долговременного следа, какие отделы мозга за что отвечают, как связи между нейронами меняются при обучении и что происходит с дневным материалом во сне.

Ключевые факты о работе памяти

• Запоминание проходит три стадии: кодирование, консолидацию и извлечение; сбой возможен на каждой.
• Гиппокамп необходим для формирования новых эпизодических воспоминаний, но не является местом их постоянного хранения^[1].
• Память на навыки устроена иначе, чем память на факты и события: при повреждении гиппокампа обучение движениям сохраняется^[1].
• Объём того, что удерживается одновременно, ближе к четырём элементам, а не к привычным «семи плюс-минус двум»^[2].
• Обучение меняет силу связей между нейронами — это и есть физическая основа следа памяти^[3].
• Мозг взрослого сохраняет пластичность: у лондонских таксистов, годами осваивающих карту города, обнаружены структурные различия в задней части гиппокампа^[4].
• Значительная часть закрепления дневного материала происходит во сне^[5].

Путь информации: от восприятия до следа памяти

Любое воспоминание проходит одинаковый маршрут, и на каждом отрезке его можно потерять.

1. Восприятие и внимание. Сигнал поступает от органов чувств. Без фокусировки внимания он дальше почти не идёт: то, что не замечено, не кодируется.
2. Кодирование. Информация переводится в форму, пригодную для хранения. Чем глубже обработка — по смыслу, а не по звучанию или написанию, — тем прочнее след^[6].
3. Консолидация. След стабилизируется, и это занимает часы и дни. Значительная часть процесса приходится на сон^[5].
4. Хранение. Долговременная память распределена по коре: воспоминание не лежит в одной точке, а восстанавливается из связей.
5. Извлечение. Вспоминание — это не считывание, а реконструкция. Именно поэтому воспоминания меняются со временем.

Извлечение — не пассивный шаг, а само по себе мощное вмешательство: попытка вспомнить укрепляет след сильнее, чем повторное чтение того же материала^[7]. Отсюда практический вывод, разобранный отдельно в материале про то, как улучшить память.

Какие виды памяти существуют

Память разделяют по длительности хранения и по типу содержимого, и это не терминологическая тонкость: за разные виды отвечают разные структуры мозга.

Разделение на эпизодическую и семантическую память заметно на практике: ученик помнит, что учил тему, и даже помнит обстановку урока, но не может воспроизвести само правило. Это два разных следа, и второй тренируется отдельно.

Процедурная память устроена принципиально иначе. Наблюдения за пациентом с повреждением гиппокампа показали: человек, не способный запомнить ни одного нового факта, при этом день ото дня улучшал результат в двигательном задании — не помня, что выполнял его раньше^[1].

Какие отделы мозга отвечают за память

Единого «центра памяти» нет. За разные функции отвечают разные структуры, и работают они в связке.

• Гиппокамп. Необходим для формирования новых эпизодических воспоминаний. Хранилищем при этом не является: старые воспоминания при его повреждении сохраняются^[1].
• Кора больших полушарий. Место, где долговременные воспоминания в итоге и удерживаются, распределённо по сети связей.
• Префронтальная кора. Отвечает за рабочую память и за целенаправленное извлечение — «вспомнить по заданию», а не случайно.
• Мозжечок и базальные ганглии. Обеспечивают процедурную память: навыки, движения, автоматизмы.
• Миндалевидное тело. Придаёт событиям эмоциональную окраску, из-за чего яркие эпизоды удерживаются прочнее нейтральных.

Роль гиппокампа в пространственной памяти показало исследование лондонских таксистов: у водителей, годами осваивающих схему городских улиц, задняя часть гиппокампа отличалась от контрольной группы, причём различие было связано со стажем работы^[4]. Это одно из самых наглядных свидетельств того, что структура мозга меняется под задачу.

Как обучение меняет мозг

Физическая основа памяти — изменение силы связей между нейронами. Когда два нейрона многократно активируются вместе, связь между ними усиливается, и в дальнейшем сигнал проходит легче. Исследования механизмов такой пластичности были отмечены Нобелевской премией по физиологии и медицине 2000 года^[3].

Почему повторение работает физически

Каждое повторение — это повторная активация той же группы связей. Разнесённые во времени подходы дают более прочный результат, чем то же суммарное время подряд^[8]: между подходами след успевает стабилизироваться, и следующая активация усиливает уже закреплённое, а не свежее и неустойчивое.

Подробный разбор интервалов и график забывания — в материале про кривую забывания Эббингауза.

Меняется ли мозг взрослого

Да. Данные по таксистам получены на взрослых людях^[4], а исследования мнемонистов показывают, что структура мозговых сетей перестраивается под освоенную технику запоминания и у людей без выдающихся исходных способностей^[9]. Возраст не отменяет пластичности, он меняет её темп.

Что происходит с материалом во сне

Сон — не пауза в обучении, а его часть. Во время сна мозг воспроизводит дневные последовательности активности и переводит материал в более устойчивую форму^[5].

Отсюда несколько практических следствий:

• Материал, выученный перед сном, закрепляется лучше выученного посреди дня и оставленного без сна.
• Ночь перед экзаменом, потраченная на зубрёжку вместо сна, бьёт по консолидации того, что уже выучено.
• Хроническое сокращение сна ухудшает и кодирование: невыспавшийся человек хуже удерживает внимание, а без внимания материал не поступает в обработку.
• Дневной сон у младших школьников — не каприз режима, а рабочий инструмент закрепления.

Это же объясняет, почему «выучил вечером, утром пусто» — распространённая жалоба именно у подростков со сдвинутым режимом: материал прошёл кодирование, но не получил фазы закрепления.

Почему память подводит: три типа сбоев

Жалоба «плохая память» почти всегда означает одну из трёх разных поломок, и лечатся они по-разному.

Отдельно стоит помнить про контекст: воспроизведение точнее в той обстановке, в которой шло заучивание^[10]. Поэтому часть подготовки к экзамену полезно проводить в условиях, приближенных к экзаменационным.

Если сложности связаны с темпом класса и нагрузкой, а не с самой памятью, помогает индивидуальный график обучения — как он устроен, можно посмотреть на странице поступления в Онлайн Гимназию №1.

Частые вопросы

Почему у одних память лучше, чем у других

Различия есть, но значительная часть разрыва объясняется не врождёнными данными, а способом работы с информацией. Исследования людей с выдающейся памятью показывают, что за результатом обычно стоит освоенная техника кодирования, а не особое устройство мозга^[9].

Где физически хранится воспоминание

Не в одной точке. Долговременное воспоминание распределено по сети связей в коре, а гиппокамп участвует в его формировании и первичном закреплении^[1]. Вспоминание — это восстановление картины по сети, а не считывание файла.

Сколько информации мозг удерживает одновременно

Речь идёт не об объёме долговременной памяти, а о рабочей: одновременно человек оперирует примерно четырьмя элементами^[2]. Поэтому длинные перечни разбивают на группы по три-четыре пункта.

Может ли взрослый мозг учиться так же, как детский

Пластичность сохраняется во взрослом возрасте — это показывают и данные по таксистам^[4], и исследования мнемонической тренировки^[9]. Меняется скорость: взрослому нужно больше повторений и больше опоры на уже известное.

Правда ли, что во сне мозг «перезаписывает» дневной опыт

Да, закрепление дневного материала во многом происходит во сне^[5]. Именно поэтому бессонная ночь перед экзаменом обычно приносит больше вреда, чем дополнительные часы повторения.

Что важнее для памяти — сон или повторение

Это разные этапы, и один не заменяет другой. Повторение работает на кодировании и извлечении, сон — на консолидации. Без повторения нечего закреплять, без сна закрепление не происходит.

Помогает ли спорт памяти школьника

Регулярная физическая активность поддерживает когнитивные функции и режим сна, а значит работает на консолидацию. Быстрого прироста запоминания от одной тренировки ждать не стоит — эффект накопительный.

Источники

[1] Scoville W.B., Milner B. Loss of Recent Memory After Bilateral Hippocampal Lesions. Journal of Neurology, Neurosurgery and Psychiatry, 1957, vol. 20, no. 1.

[2] Cowan N. The Magical Number 4 in Short-Term Memory: A Reconsideration of Mental Storage Capacity. Behavioral and Brain Sciences, 2001, vol. 24, no. 1.

[3] Kandel E.R. The Molecular Biology of Memory Storage: A Dialogue Between Genes and Synapses. Нобелевская лекция; Science, 2001, vol. 294.

[4] Maguire E.A., Gadian D.G., Johnsrude I.S. и др. Navigation-Related Structural Change in the Hippocampi of Taxi Drivers. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2000, vol. 97, no. 8.

[5] Walker M.P., Stickgold R. Sleep-Dependent Learning and Memory Consolidation. Neuron, 2004, vol. 44, no. 1.

[6] Craik F.I.M., Lockhart R.S. Levels of Processing: A Framework for Memory Research. Journal of Verbal Learning and Verbal Behavior, 1972, vol. 11, no. 6.

[7] Roediger H.L., Karpicke J.D. Test-Enhanced Learning: Taking Memory Tests Improves Long-Term Retention. Psychological Science, 2006, vol. 17, no. 3.

[8] Cepeda N.J., Pashler H., Vul E., Wixted J.T., Rohrer D. Distributed Practice in Verbal Recall Tasks: A Review and Quantitative Synthesis. Psychological Bulletin, 2006, vol. 132, no. 3.

[9] Dresler M., Shirer W.R., Konrad B.N. и др. Mnemonic Training Reshapes Brain Networks to Support Superior Memory. Neuron, 2017, vol. 93, no. 5.

[10] Godden D.R., Baddeley A.D. Context-Dependent Memory in Two Natural Environments: On Land and Underwater. British Journal of Psychology, 1975, vol. 66, no. 3.