Гиппокамп. Роль в топографической памяти и при ориентации (навигации)
Когда внимание захвачено одной-единственной мишенью, когда она удерживается в памяти, во внутреннем фокусе, то в коре появляется тета-ритм, который навязал ей гиппокамп.—
Журнал «Наука и жизнь», №5, 2013,
Многофункциональность гиппокампа
Еще в XVI веке итальянский анатом Джузеппе Аранци (Арантиус) обратил внимание на два небольших парных отдела мозга, похожих на морских коньков.
Этому ученому мы обязаны не только понятием «гиппокамп». Арантиус предположил, что данный участок мозга отвечает за восприятие запахов, и вплоть до конца XIX физиологи его называли «обонятельным мозгом».
Только в 1890 году знаменитый русский физиолог В. М. Бехтерев опубликовал результаты исследований, в которых доказывал связь гиппокампа с процессами запоминания и сохранения информации..
Управление памятью
Маленькие по сравнению со всем остальным мозгом «загогулины» гиппокампа управляют сложными процессами кратковременной памяти и перемещением обработанной информации в память долговременную. То есть всеми нашими профессиональными знаниями и навыками, воспоминаниями детства, сохраненной информацией о значимых событиях жизни и лицах знакомых и близких людей мы обязаны гиппокампу.
Правда, как происходит процесс управления памятью, до сих пор остается тайной. Но само расположение гиппокампа таково, что он оказывается связан со всеми отделами головного мозга, куда и распределяет все, что нужно запомнить и сохранить.
В ведении этого отдела мозга находится эмоциональная память, то есть сохранение эмоций и чувств.
Это, пожалуй, один из древнейших видов памяти, и он самый прочный.
Мы можем забыть детали события, черты участвующих в нем людей, но вот память о пережитых чувствах сохраняется очень долго.
Как показали исследования, гиппокамп отвечает и за память на лица.
Это тоже очень важный вид памяти, который в древности к тому же играл защитную функцию, ведь очень важно быстро отличить врага от друга.
Кроме этого, гиппокамп занимается своеобразной сортировкой информации, отсеивая незначимую или неважную, а нужную отправляя на длительное хранение в другие отделы мозга, которые отвечают за самые разные виды памяти.
Эта сортировка происходит преимущественно во сне.
Думаю, вы слышали, что во время подготовки к экзамену, когда требуется запомнить большой объем информации, полезно спать днем.
Это как раз связано с режимом работы гиппокампа, который обрабатывает и сортирует поступившую в мозг информацию, пока человек спит.
Во время бодрствования у этого отдела мозга есть много других важных обязанностей. Например, ориентация в пространстве.
Функция пространственной ориентации
Человек постоянно находится в многообразных отношениях с окружающим миром. Эти отношения, как правило, включают различные двигательные операции и сложные действия, связанные с ориентацией в пространстве.
Без способности к такой ориентации мы даже ложку ко рту не сможем поднести или на стул сесть. Управляет всем этим тоже гиппокамп.
Даже наше трехмерное восприятие и функционирование в 3D-мире – это его же заслуга.
Все впечатления и ощущения, связанные с восприятием окружающего пространства, гиппокамп сохраняет в памяти как важный опыт. Пространственная память позволяет нам ориентироваться даже в совершенно незнакомой обстановке, соотносить размеры объектов, их сущность и расстояние до них. Например, способность ориентации на местности позволяет нам понимать, что яма на дороге опасна и ее надо обойти, даже если мы в первый раз идем по этой дороге и никогда не видели эту яму. Кстати, то, что мы можем распознавать и идентифицировать разные объекты, несмотря на наше пространственное положение и скорость движения, тоже заслуга гиппокампа. Так, стул мы воспринимаем одинаково, вне зависимости от того, сидим мы на нем, стоим рядом, лежим на полу или проходим мимо него.
Последние исследования показали, что гиппокамп не только управляет нейронами, отвечающими за восприятие пространства, но и хранит своеобразные нейронные карты, тех мест, где мы были.
И у людей, профессия которых связана с необходимостью хорошей пространственной памяти, например, у таксистов, гиппокамп часто больших размеров, чем у тех, кому сохранение информации о местности не так важно.
Фабрика нейронов
Долгое время считалось, что основная масса нейронов – нервных клеток головного мозга – формируется в детстве, а у взрослого они могут только отмирать в результате нервных перегрузок и от старости.
Думаю, фразу «нервные клетки не восстанавливаются» слышали все..
Оказалось, это совсем не так. Нейроны воспроизводятся, то есть «рождаются» в течение всей жизни человека, и при должной психической активности (когда человек мыслит, решает сложные задачи, занимается творчеством) они включаются в деятельность мозга.
Правда, с возрастом скорость создания новых нервных клеток снижается, зато увеличивается срок жизни уже имеющихся.
Так вот, основной фабрикой по производству нейронов головного мозга тоже является гиппокамп. Ежедневно он «производит» порядка 700 нервных клеток. Этот процесс, названный нейрогенезом, открыт сравнительно недавно и пока мало изучен.
Есть предположение, что функции гиппокампа этим не ограничиваются. Его роль в работе головного мозга огромна, что доказывается и теми проблемами, которые возникают при нарушении функционирования этого сравнительно небольшого отдела нашего «центрального компьютера».
Нейроны места
Проведенные исследования, в том числе в последнее время, показывают, что гиппокамп, как часть гиппокамповой формации, участвует в хранении и обработке пространственной топографической информации.
Исследования на крысах показали, что в гиппокампе имеются нейроны (нейроны места), выполняющие функцию памяти о местах в пространстве.
На эти нейроны проецируются расположенные в энторинальной коре нейроны направления головы, нейроны решётки, нейроны границы и нейроны скорости.
Совместно эти нейроны обеспечивают ориентацию в пространстве.
- Нейроны места и нейроны решетки возбуждаются, когда животное обнаруживает себя в определенном месте, вне зависимости от направления движения,
- нейроны скорости и нейроны направления головы чувствительны к скорости движения и положению головы.
- Разные нейроны возбуждаются от разного местоположения животного, так что наблюдая за потенциалом отдельных нейронов, можно сказать, где, по собственному мнению, животное находится.
- Как оказалось, те же пространственные нейроны у человека задействованы в поиске пути во время навигации по виртуальным городам.
- Такие результаты были получены посредством исследования людей с имплантированными в мозг электродами, использованными в диагностических целях для хирургического лечения серьёзных приступов эпилепсии.
Открытие пространственных нейронов
Открытие пространственных нейронов привело к возникновению идеи, что гиппокамп может играть роль карты — нейронного представления окружающей обстановки и местоположения в ней животного.
Исследования показали, что гиппокамп необходим для решения даже простейших задач, требующих топографической памяти (например, поиск пути к спрятанной цели).
Без полностью функционирующего гиппокампа люди могут не вспомнить, где они были и как добраться до места назначения; потеря ориентации на местности — это один из самых распространённых симптомов амнезии.
Томография мозга показывает, что гиппокамп наиболее активен у людей во время успешного перемещения в пространстве, как в примере с виртуальной реальностью.
Также имеются доказательства, что гиппокамп играет роль
в поиске кратчайших путей между уже хорошо известными местами.
К примеру, таксистам необходимо знать большое количество мест и наиболее коротких путей между ними. Исследование одного из университетов Лондона в 2003 году показало, что задняя часть гиппокампа у лондонских таксистов больше, чем у большинства людей.
Помогает ли изначально большая задняя часть гиппокампа стать таксистом либо постоянный поиск кратчайшего пути приводит к её росту — ещё не выяснено.
Как бы то ни было, при исследовании корреляции между размером гиппокампа и временем работы таксистом обнаружилось, что чем больше человек работает таксистом, тем больше у него объём задней части гиппокампа.
Однако было установлено, что общий объём гиппокампа остается неизменным и у контрольной группы, и таксистов: то есть задняя часть гиппокампа таксистов действительно увеличилась, но за счет передней части.
Функции
Гиппокамп принадлежит к одной из наиболее старых систем мозга — лимбической, чем обусловливается его значительная многофункциональность.
Предположительно гиппокамп выделяет и удерживает в потоке внешних стимулов важную информацию, выполняя функцию кратковременной памяти, и функцию последующего её перевода в долговременную.
Большинство исследователей согласны с тем, что гиппокамп связан с памятью, но механизм его работы ещё не ясен.
Существует теория «памяти двух состояний» о том, что гиппокамп удерживает информацию в бодрствовании, и переводит её в кору больших полушарий во время сна.
Ещё одной функцией гиппокампа является запоминание и кодирование окружающего пространства (пространственные способности), в связи с чем он активируется всякий раз, когда необходимо удержать в фокусе внимания внешние ориентиры, определяющие вектор поведения.
При поражении гиппокампа возникает синдром Корсакова — заболевание, при котором больной при сравнительной сохранности следов долговременной памяти утрачивает память на текущие события.
Уменьшение объёма гиппокампа является одним из ранних диагностических признаков при болезни Альцгеймера.
Одной из функций гиппокампа является забывание информации.
Это обусловлено тем, что гиппокамп фильтрует информацию и выбирает,
что нужно сохранить, а что можно забыть.
Одна из важнейших функций гиппокампа — его способность преобразовывать кратковременную память в долговременную.
Этот процесс известен как консолидация памяти. Когда информация кодируется в гиппокампе, она становится долговременным воспоминанием, к которому можно обратиться в будущем.
Последствия повреждений гиппокампа
Нарушения в деятельности человеческого мозга могут быть вызваны тремя группами причин:
- травмами;
- психическими заболеваниями;
- нейродегенеративными процессами, вызванными приемом наркотических веществ и алкоголя или связанными со старением.
Почти все эти факторы так или иначе затрагивают и деятельность гиппокампа, что приводит к нарушению или утрате ряда важных психических функций.
Нарушение памяти
Большинство проблем с памятью возникает именно при повреждении гиппокампа или нарушении его деятельности. Речь здесь идет не о банальной забывчивости и рассеянности, а о серьезных патологиях. К ним относятся два основных вида частичной потери памяти:
- Ретроградная амнезия – утрата памяти о событиях, предшествующих травме или заболеванию.
- Антероградная амнезия – забывание того, что случилось уже после несчастного случая или наступления болезни.
В обоих случаях утрачивается только декларативная память, основанная на обобщении нашего опыта, узнавании событий, лиц и т. д.
Это сфера осознанных воспоминаний, которой и управляет гиппокамп. Как было уже сказано, этот отдел головного мозга связан с переводом информации из кратковременной памяти в долговременную, и повреждение гиппокампа приводит к нарушению этого процесса.
В результате либо оказывается закрыт доступ к данным, хранящимся в долговременной памяти (ретроградная амнезия), либо становится невозможным долгосрочное хранение только что полученной информации – антероградная амнезия.
Психопатологии
Гиппокамп не только очень важная, но и уязвимая часть нашего мозга.
При различных психических заболеваниях, вызванных генетическими патологиями, стрессами, употреблением психотропных средств или старением, он страдает в первую очередь.
Несмотря на недостаточную изученность функций гиппокампа, его связь с некоторыми психическими нарушениями установлена довольно точно:
- Эпилепсия. Как показали исследования, патологии или деформации гиппокампа были выявлены у 75 % больных эпилепсией.
- Болезнь Альцгеймера. Это заболевание, характерное для пожилых людей, связано с дисфункцией гиппокампа, который даже уменьшается в объемах. И симптомы болезни Альцгеймера указывают на ее связь с нарушением работы данного отдела мозга. Это ухудшение памяти и проблемы с ориентацией в пространстве, а при глубокой патологии – неспособность узнавать лица близких.
- Синдром Корсакова, который может быть как алкогольным, так и безалкогольным, связанным, например, с опухолью мозга, травмой, сосудистыми нарушениями в старости и т. д. Для этого заболевания характерна неспособность сохранять в памяти события настоящего и дезориентация в пространстве, времени, происходящих событиях.
Одним из факторов нарушения функций гиппокампа является затяжной стресс,
который приводит к быстрой и массовой гибели нейронов.
Отвечающий за их воспроизводство гиппокамп просто не справляется с нагрузкой. К разрушению клеток этого отдела головного мозга также причастен гормон кортизол, который в больших количествах вырабатывается во время стресса для активизации деятельности организма, стимуляции мышечной и сосудистой системы и т. д.
Главным побочным эффектом воздействия кортизола на головной мозг является нарушение работы гиппокампа, что приводит к ухудшению памяти, рассеянности, дезориентации в пространстве.
Поэтому так важно избегать длительных стрессовых состояний.
Но если уйти в лес и жить в уединенной избушке на берегу озера – это не ваш вариант,
то стоит научиться управлять своими эмоциями и сохранять спокойствие.