Out of memory

Už vám počítač nebo tablet hlásil „Not enough memory to complete this operation“? Můžete spotřebovat veškeré úložiště v telefonu, zaplnit disk počítače. Ale můžete spotřebovat veškerý paměťový prostor ve svém mozku? Neurovědci tvrdí, že pro typický, zdravý mozek není kapacita paměti fixní ani ji nemůže spotřebovat. „Neexistuje smysluplný limit toho, kolik informací může mozek uložit“, řekla Elizabeth Kensinger, profesorka psychologie a neurovědy na Boston College. „Vzpomínky lze považovat za data, která mozek používá k pochopení současného okamžiku, k předpovědím budoucnosti a k podpoře budoucího učení.“ 

Distribuovaná reprezentace

Je to proto, že mozek neukládá vzpomínky jako izolované soubory v jedné konkrétní nervové buňce. Místo toho je paměť distribuována v mnoha neuronech— taková skupina mozkových buněk spojených a rozptýlených v různých oblastech mozku se nazývá engram. Neurovědci označují tento vzor, ve kterém je paměť zaznamenána napříč mnoha neurony, jako distribuovanou reprezentaci (též embedding, to znamená, že „význam“ nebo „sémantický obsah“ datového bodu je rozložen napříč více rozměry). Každá z těch jednotlivých mozkových buněk hraje svou roli v mnoha různých vzpomínkách. 

Vzor nervové aktivity

Vzpomeňte si na oslavu vašich 10. narozenin. Není uložena v jediné mentální složce. Barva balónků, chuť dortu, zvuk zpěvu vašich kamarádů a pocit vzrušení aktivují různá smyslová a emocionální centra — vaší zrakové kůry, chuťové kůry, sluchového systému a oblastí zpracovávajících emoce. Tyto oblasti spolupracují ve specifickém vzoru a tento vzor nervové aktivity ukládá paměť. Když si později vzpomenete na tu párty, znovu aktivujete vzor. 

Obnovitelnost paměti

Tato metoda má významné výhody. Protože neurony se mohou podílet na mnoha kombinacích, mozek dokáže zakódovat obrovské množství vzpomínek. Související vzpomínky sdílely překrývající se vzorce, což nám pomáhá zobecňovat a předpovídat něco, o čem mnozí neurovědci věří, že je principem paměti. A pokud je poškozeno několik neuronů, paměť může být stále obnovitelná, protože není uložena pouze na jednom místě.

Distribuovaná reprezentace je součástí toho, co dává mozku jeho obrovskou paměťovou kapacitu. Potenciální kombinace rostou exponenciálně, protože každý neuron se účastní mnoha vzpomínek.

Proč si nepamatujeme všechno?

Pokud mozek není omezen prostorem paměti, proč si nepamatujeme všechno? To proto, že mozkový paměťový systém běží mnohem pomaleji než život. Zatímco informace proudí dovnitř neustále, jen zlomek se může dostat do dlouhodobého úložiště. Představte si paměť jako videokameru, která funguje pouze na 10 % své kapacity; můžeme si vzpomenout jen na asi desetinu konkrétních událostí, zážitků a setkání, které zažíváme. Informace, které se dostanou do našeho paměťového systému, se postupně ukládají do odolných vzpomínek, které zde budou uložené dlouhodobě. Tomuto procesu se říká konsolidace. Úzkým profilem je proces ukládání, ne celkové množství prostoru, které máme.

Co určuje, co zachováme a na co zapomeneme?

V každém okamžiku přichází do našeho mozku ohromné množství informací ze všech našich smyslů, Nepotřebujeme si pamatovat všechno. Lidská paměť se nevyvinula k dokonalému zapamatování všeho. Náš paměťový systém se vyvinul pro přežití, takže upřednostňujeme to, co je užitečné, abychom se mohli orientovat ve světě. Paměťový systém je vytvořen tak, aby kódoval pouze to, co je nezbytné a potřebné k přizpůsobení se. Náhodou jsme v tom byli tak dobří, že máme extra rezervu, která nám umožňuje vzpomínat i na věci, které se staly kdysi dávno. To není adaptivní, to ve skutečnosti nepotřebujeme. Proč to náš paměťový systém udržuje? No, je to možná jen nehoda…

Existuje různá efektivita toho, jak mozek zpracovává a pamatuje si informace. Když se s podobnými informacemi setkáváme znovu a znovu, má mozek tendenci přejít od ukládání konkrétních detailů k ukládání obecnějšího obsahu nebo schémat informací. Jedná se o efektivní způsob ukládání informací.

Vzpomeňte na svou cestu do školy nebo do práce. Nepamatujete si každou, protože většina z nich je podobná. Spíše než uložit v paměti každou cestu, vzpomínáte si na obecný zážitek. Mozek bude mít tendenci ukládat detaily konkrétních případů pouze v případě, že se u nich stalo něco výrazného: třeba v případě, že byla zaplavena silnice nebo jste se jen o vlásek vyhnuli nehodě. 

Našim mozkům zdaleka nedochází prostor paměti, ale neustále přetvářejí to, co víme, aby nám pomohly přizpůsobit se, předvídat a učit se. Takže až příště zapomenete, kde jste nechali klíče, nebojte se; nedochází vám místo. Je pravděpodobné, že váš mozek měl na práci důležitější věci.

Jak mozek ukládá vzpomínky a jak je vyhledává?

Paměť nám pomáhá chránit se („ten červený hořák je horký, nedotýkej se ho!“) a tvoří základ naší identity a příběhů o našich životech. Lidský mozek se s každou novou vzpomínkou přetváří. To se děje prostřednictvím synapsí, neboli malých mezer mezi mozkovými buňkami. Mozkové buňky neboli neurony spolu komunikují prostřednictvím elegantního elektrochemického systému. Změna elektrického náboje jedné buňky spouští uvolňování chemických látek zvaných neurotransmitery přes synapse. Neurotransmitery jsou pak přijímány neuronem na druhé straně mezery, kde v této buňce spouštějí elektrické změny.

„Vzpomínky jsou nakonec kódovány v obvodech a synapse jsou jen prostředkem k vyleptání těchto obvodů,“ řekl Don Arnold, neurovědec z University of Southern California. „To se v mozku mění, když se vytváří vzpomínka. Vznikne nový obvod, který kóduje vzpomínku.“

Když jeden neuron neustále stimuluje jiný, jejich spojení se posiluje, což znamená, že je pro ně s postupem času stále snazší se vzájemně stimulovat. Když komunikují jen zřídka, jejich pouto slábne a někdy komunikaci přestanou úplně. Na nejzákladnější úrovni dokáže mozek ukládat vzpomínky posilováním spojení mezi neuronovými sítěmi.

Kde jsou v mozku uloženy vzpomínky?

Lidské vzpomínky jsou uloženy v několika oblastech mozku. Nejdůležitější je hipokampus, což je ve skutečnosti dvojice oblastí zastrčených hluboko v mozku a stočených do sebe jako mořští koníci. Tyto párové oblasti jsou důležité pro počáteční formování paměti a hrají klíčovou roli v přenosu vzpomínek z krátkodobého do dlouhodobého úložiště.

Krátkodobá paměť trvá pouze 20 nebo 30 sekund, než vybledne. Například si můžete pamatovat nové telefonní číslo po dobu, kterou trvá jeho vytočení, ale pokud si číslo nebudete znovu a znovu opakovat, nervové obvody, které tuto krátkodobou paměť tvořily, se přestanou společně aktivovat a vzpomínka vymizí.

Když si informace opakujete nebo se je snažíte zapamatovat, hipokampus se aktivuje, aby posílil mozkové okruhy. Postupem času se dlouhodobé vzpomínky přenášejí do neokortexu, vnější vrásčité části mozku, která je zodpovědná za velkou část našich vědomých zkušeností. (Protože nic v mozku není jednoduché, studie z roku 2017 publikovaná v časopise Science zjistila, že některé zbytky těchto dlouhodobých vzpomínek zůstávají také v hipokampu.)

Amygdala

Mandlovitá oblast lidského mozku, která pomáhá zpracovávat emoce, jako je strach, hraje také roli v paměti. Ve studii publikované v březnu v časopise Proceedings of the National Academy of Sciences Arnold a kolegové zjistili, že když se ryby naučily spojovat světlo s bolestivým pocitem, vyvinuly se u nich nové synapse v jedné části mozkové oblasti zvané pallium a v jiné části pallia se synapse ztratily. Pallium je podobné amygdale a část rybího pallia, kde se synapse ve studii posílily, je plná neuronů zapojených do zpracování bolestivých podnětů, zatímco ryby ztratily synapse mezi neurony, které zpracovávají pozitivní nebo neutrální podněty.

Emoce jsou důležitou součástí tvorby paměti

Pozitivní i negativní emoční situace se pamatují lépe než neutrální události, pravděpodobně z důvodu přežití: Je pravděpodobně důležité pamatovat si věci, které pro vás byly buď velmi dobré, nebo velmi špatné. Mozek uvolňuje vyšší koncentrace určitých neurotransmiterů ve scénářích s vysokou emocí, a přítomnost těchto neurotransmiterů může posílit paměťové okruhy v hipokampu.

Bazální ganglia, mozeček, prefrontální kortex

Dalšími oblastmi zapojenými do paměti jsou bazální ganglia a mozeček, které zpracovávají motorickou paměť potřebnou například k hraní klavírní skladby, a prefrontální kortex, který pomáhá s „pracovní pamětí“, která se zapojuje, když potřebujete udržet informace v hlavě dostatečně dlouho, abyste s nimi mohli manipulovat, například při řešení matematického problému.

Záhady paměti

Důležitou roli v ukládání paměti hraje také tvorba nových neuronů, a to i v dospělých mozcích. Vědci si dříve mysleli, že mozek přestává produkovat nové neurony po adolescenci, ale výzkum v posledních dvou desetiletích ukázal, že dospělé mozky nejenže vytvářejí nové neurony, ale že tyto neurony jsou klíčové pro učení a paměť. Studie z roku 2019 v časopise Cell Stem Cell zjistila, že hipokampus nadále generuje nové neurony i u lidí, kterým je 80 a 90 let.

Je těžké pozorovat tvorbu a zpracování paměti ve fungujícím mozku. Synapse jsou malé a četné (v mozku dospělého člověka jich je asi bilion) a je obtížné provádět zobrazování hlouběji, než na povrchu mozku. Zobrazovací metody se také musejí vyhnout narušení funkcí mozku. Nové technologie však umožňují nové objevy. Například, aby Arnold a jeho kolegové nahlédli do mozku rybky zebřičky, zatímco se učí spojovat blikající světlo s nepříjemným pocitem, změnili genom ryby tak, že na synapsích se zobrazují fluorescenční proteiny. Vědci pak mohou pomocí specializovaného mikroskopu pořídit snímky těchto synapsí a sledovat jejich změny.

Paměť a místa

Pochopení fungování paměti je důležité pro postup v léčbě nemocí, jako je Alzheimerova choroba, která způsobuje ztrátu paměti. Pochopení některých zvláštností paměti může také pomoci paměť zlepšit. Například hipokampus se nepodílí jen na upevňování paměti, ale i na navigaci v prostoru. To dává smysl vzhledem k důležitosti zapamatování si, kde jste a kde jste byli, kudy se pohybujete. Lidé, kteří dosahují ohromujících výkonů v paměťových soutěžích, například zapamatování si čísla pí na mnoho číslic, si k tomu často půjčují prostorové paměťové schopnosti hipokampu. Mentálně si spojí každou položku, kterou si chtějí zapamatovat, s pozicí na imaginárním místě – trik zvaný paměťový palác. Zobrazením tohoto místa si člověk, který tuto techniku praktikuje, dokáže vybavit velké množství informací. Hipokampus je obzvláště dobrý a výkonný v mapování prostorových tras.

Zdroje: Life is little Mystery, Written by Roberta McLain, edited by Laura Geggel and Laura Mondragon

How does the brain store memories? | Live Science