Адам миы қанша жады сақтай алады?

Қазіргі компьютерлер өз мүмкіндіктерін гигабайттар мен терабайттар арқылы өлшейді, және адамдар ақпарат сақтау көлемін дәл осы бірліктермен бағалауға үйренген. Алайда әңгіме адам миы туралы болғанда, әдеттегі өлшемдер жұмыс істемейді — бұл орган соншалықты өзгеше құрылған, сондықтан оны цифрлық құрылғылармен тікелей салыстыру бір жағынан тартымды, екінші жағынан терең жаңсақ болып табылады. Ми қанша ақпаратты сыйдыра алады деген сұрақ ғалымдарды бұрыннан қызықтырып келеді, бірақ тек соңғы онжылдықтарда ғана нейроғылым біршама сенімді бағаларға жақындай алды. Жауап бір мезгілде таңғаларлық әрі толық емес болып шықты — өйткені биологиялық тұрғыдағы жады жай ғана деректер қоймасы емес. Бұл құбылыстың шынайы ауқымын түсіну үшін мидың ақпаратты қалай жазатынын, сақтайтынын және қайта шығаратынын қарастыру қажет.

Ми ақпаратты қалай сақтайды

Биологиялық жадының компьютерлік жүйеден түбегейлі айырмашылығы — мида арнайы бөлінген сақтау орны жоқ. Естеліктер белгілі бір жасушада немесе тіннің нақты бөлігінде «жатпайды» — олар бүкіл миға нейрондар арасындағы байланыстардың үлгілері ретінде таралған.

Жадтың негізгі құрылымдық бірлігі — синапс, яғни екі жүйке жасушасының арасындағы байланыс. Нейрондар бір уақытта және жеткілікті жиі белсендірілген кезде, олардың арасындағы байланыс күшейеді — бұл принципті канадалық психолог Дональд Хебб 1949 жылы «бірге белсенетін нейрондар бірге байланысады» деген атақты тұжырыммен сипаттаған. Дәл осы синапстық байланыстардың күшінің өзгеруі біз естелік деп атайтын құбылыстың физикалық негізі болып табылады.

Ересек адамның миы оның ақпараттық мүмкіндіктерін анықтайтын келесі құрылымдық элементтерден тұрады:

• шамамен 86 миллиард нейрон — есептеу және есте сақтау жүйесінің негізін құрайтын жүйке жасушалары;
• шамамен 100–500 триллион синапс — нейрондар арасындағы байланыстар, олардың әрқайсысы өз күшін өзгерте алады;
• әрбір нейрон орта есеппен басқа жасушалармен 1 000-нан 10 000-ға дейін синапстық байланыс түзеді;
• қосымша глиальды жасушалар бар — бұрын тек «тірек» ретінде қарастырылғанымен, қазіргі кезде олар жады мен оқыту процестеріне қатысатын элементтер ретінде зерттелуде.

Осы элементтердің жиынтығы адам жасаған ешбір құрылғымен салыстыруға келмейтін күрделі желіні құрайды. Барлық жинақталған білім мен тәжірибе дәл осы желінің конфигурациясында — қай байланыстар күшті, қайсысы әлсіз екенінде — кодталады.

Сыйымдылықты санмен бағалау

Мидың мүмкіндіктерін байттармен көрсетуге талпыныстар бірнеше рет жасалды және нәтижелері әрдайым әсерлі болды. Ең беделді заманауи бағалардың бірі 2016 жылы Калифорниядағы Солк биологиялық зерттеулер институтының ғалымдары тарапынан алынған.

Зерттеушілер жаңа естеліктерді қалыптастыруға қатысатын негізгі аймақ — егеуқұйрықтың гиппокамп құрылымын егжей-тегжейлі зерттеп, әрбір синапс бұрын ойлағандай екі ғана күйде емес, шамамен 26 түрлі күш деңгейін қабылдай алатынын анықтады. Бұл жаңалық есептеулерді түбегейлі өзгертті. Бұрын синапс екі мәнді «0» және «1» битіне теңестірілсе, енді ол әлдеқайда сыйымды сақтау бірлігі болып шықты.

Осы деректерге сүйене отырып, ғалымдар келесі қорытындыларға келді.

1. Бір синапстың сыйымдылығы шамамен 4,7 бит ақпаратты құрайды, бұрынғыдай 1 бит емес. Бұл әрбір байланыс бұрын болжанғаннан бес есеге жуық көп ақпарат сақтайтынын білдіреді. Қарапайым түзету сияқты көрінгенімен, жүздеген триллион синапстарға қолданылғанда, бұл жалпы сыйымдылықтың орасан өсуіне әкеледі.
2. Мидың жалпы ақпараттық сыйымдылығы шамамен 2,5 петабайт деп бағаланды — яғни шамамен 2,5 миллион гигабайт. Салыстыру үшін, бұл көлем жоғары сападағы шамамен үш миллион сағаттық бейнені сақтауға жетер еді. Егер ми туғаннан бастап үздіксіз телехабарларды жазып отырса, бұл қойманы толтыру үшін 300 жылдан астам уақыт қажет болар еді.
3. Кейбір зерттеушілер барлық ықтимал нейрондық конфигурацияларды ескергенде бұдан да жоғары — бірнеше экзабайтқа дейінгі көрсеткіштерді атайды. Бағалардың айырмашылығы әртүрлі әдістемелік жорамалдармен және синапстардың мүмкін күй саны туралы деректердің толық болмауымен түсіндіріледі. Нақты жауап әлі де ғылыми пікірталас нысаны болып отыр.

Бұл сандар — нақты бір адамның миында сақталған ақпарат көлемін емес, тек теориялық максималды сыйымдылықты көрсететін бағалар екенін түсіну маңызды. Ми ешқашан қатқыл диск сияқты «толып» тұрмайды — оның архитектурасы цифрлық құрылғылардан түбегейлі өзгеше.

Жад түрлері және олардың әртүрлі табиғаты

«Мидың жадысы» туралы біртұтас құбылыс ретінде айту — шындықты шамадан тыс жеңілдету. Іс жүзінде бұл атаудың артында әрқайсысының өзіндік нейрондық негізі, қалыптасу және әлсіреу заңдылықтары бар бірнеше жүйе жатыр.

Негізгі жад түрлері бір-бірінен айтарлықтай ерекшеленеді:

• сенсорлық жады — сезім мүшелерінен келген өңделмеген сигналдарды секундтың үлестерінде ғана сақтап, тез арада жаңа әсерлермен алмастырады;
• жұмысшы немесе қысқа мерзімді жады — сананың белсенді «жұмыс алаңы», бір мезгілде шамамен 7 плюс-минус 2 бірлік ақпаратты бірнеше ондаған секунд бойы ұстайды;
• ұзақ мерзімді декларативті жады — саналы түрде қайта еске түсіруге болатын фактілер мен оқиғалардың қоймасы; әдетте «мен есімде сақтадым» дегенде осыны айтамыз;
• процедуралық жады — әрекеттерді қалай орындау керектігі туралы білім; велосипед тебу, пернетақтада теру немесе музыкалық аспапта ойнау дәл осы жүйеде сақталады;
• эмоционалдық жады — миндалевидті дененің қатысуымен кодталатын эмоциялық тәжірибелердің іздері, олар көбінесе бейтарап естеліктерге қарағанда ұзақ әрі айқын сақталады.

Әрбір жүйе жадының жалпы сыйымдылығы мен функционалдығына өз үлесін қосады. Сонымен қатар олардың арасында тұрақты өзара әрекет бар — мысалы, оқиғаның эмоциялық бояуы оның ұзақ мерзімді сақталуына тікелей әсер етеді.

Ми неге ұмытады және бұл не үшін қажет

Жадының сыйымдылығы туралы ойланғанда, маңызды бір жайт жиі ескерілмейді — ұмыту кемшілік емес, керісінше қажетті және пайдалы механизм. Барлығын толық есте сақтайтын ми аса қабілетті емес, керісінше тиімсіз болар еді.

Нейробиологтар ұмытудың жады архитектурасына енгізілген бірнеше себептерін көрсетеді.

1. Маңызсыз ақпаратты сүзу маңызды деректерді сақтау үшін ресурстарды босатады. Егер ми әрбір сенсорлық сигналды бірдей деңгейде сақтаса, қажетті естелікті табу тым көп уақыт пен энергияны талап етер еді. Сондықтан күнделікті өмірдің көптеген бөлшектері бірнеше күн ішінде ұмытылады — олар өз қызметін орындап болды.
2. Ұйқы жадыны бекіту мен бір мезгілде «тазалауда» маңызды рөл атқарады. Баяу ұйқы фазасында гиппокамп күн ішінде болған оқиғаларды «қайта ойнатып», оларды ұзақ мерзімді сақтау үшін ми қыртысына береді. Сонымен қатар кейбір синапстық байланыстар әлсірейді — бұл бүкіл жүйенің тиімділігін сақтайтын өзіндік «қайта ұйымдастыру».
3. «Гипертимезия» феномені — адам өз өмірінің әр күнін ұсақ-түйегіне дейін есте сақтайтын өте сирек жағдай — абсолютті жадының артықшылық емес екенін көрсетеді. Мұндай адамдар бұл қабілетті көбінесе ауыр жүк ретінде сипаттайды, өйткені үздіксіз естеліктер ағыны қазіргі сәтке шоғырлануды қиындатады.

Осылайша, жадының шынайы «пайдалы сыйымдылығы» тек сақталатын ақпарат санына ғана емес, оны іріктеу, бекіту және ұйымдастыру сапасына да байланысты.

Пластикалылық — ми мүмкіндіктерін түсінудің кілті

Мидың сыйымдылығы туралы кез келген әңгіме нейропластикалылықты — жүйке жүйесінің тәжірибеге жауап ретінде қайта құрылу қабілетін — ескермей толық болмайды. Дәл осы қасиет миды кез келген статикалық сақтау құрылғысынан түбегейлі ажыратады.

Нейропластикалылық бірнеше деңгейде көрінеді:

• синапстық пластикалылық — тәжірибе мен оқыту әсерінен байланыстардың күшінің өзгеруі;
• құрылымдық пластикалылық — өмір бойы жаңа синапстардың пайда болуы және пайдаланылмайтын байланыстардың жойылуы;
• нейрогенез — ересек мида жаңа нейрондардың түзілуі, әсіресе гиппокампта, бірақ оның нақты ауқымы әлі зерттелуде;
• компенсаторлық қайта ұйымдасу — мидың бір бөлігі зақымданғанда функциялардың басқа аймақтарға қайта бөлінуі.

Пластикалылықтың айқын мысалдарының бірі — Лондон такси жүргізушілері туралы зерттеулер. Лицензия алу үшін олар мыңдаған көшелер мен маршруттарды жатқа білуі тиіс. Ми сканерлеуі олардың гиппокампы басқа адамдарға қарағанда едәуір үлкен екенін көрсетті, әрі бұл айырмашылық жұмыс тәжірибесіне тікелей байланысты. Бұл жадыны белсенді пайдалану мидың физикалық құрылымын өзгерте алатынын дәлелдейді.

Ми — көлемі шектеулі қатқыл диск емес, өзін-өзі ұйымдастыратын жүйе, оның мүмкіндіктері тек анатомиялық параметрлермен ғана емес, оны қалай пайдаланғанымызбен де анықталады. Оның нақты сыйымдылық шегі, шамасы, бір адамның өмірінде ешқашан толық пайдаланылмайды — теориялық максимум мен шын мәнінде қолданылатын көлем арасындағы айырмашылық тым үлкен. Сондықтан ең маңыздысы — сыйымдылықтың өзі емес, сақталған ақпараттың сапасы, оның қаншалықты дұрыс ұйымдастырылғаны және қажетті сәтте қаншалықты тиімді пайдаланылатыны.