Относится к сборнику статей теори МВАП https://t.me/thinking_cycles
Из-за множества ограничений в природной реализации число кадров исторической памяти (семантическая + эпизодическая) ограничено неожиданно малым числом. Эти лимиты и рассмотрим в статье как расчетным путем, так и по данным исследований.
Число новых нейронов, созревающих в районе гиппокампа каждый день в среднем по данным разных исследователей у детей - 700-1500, у взрослых от 100 до 700, а в старости – менее 100 в день. Именно они составляют активаторы кадров исторической памяти при воспоминании (fornit.ru/70648), во время специализации закрепляя связи с активными образами неокортекса (конечными образами восприятия: fornit.ru/70785) и некоторыми более древними структурами. Уже это удивительно небольшое число новых нейронов жестко лимитирует верхний предел числа сохраненных кадров памяти. Но большинство из них не выживают: только небольшая часть интегрируется в нейронные сети. Если дети могут ясно и точно перечислять последовательность событий прошлого дня и даже более ранних, то у взрослого это дает довольно обрывочную последовательность, а старик затрудняется вспомнить даже несколько событий прошлого дня.
При каждом обращении осознанного внимания удерживаются в постоянной активности наиболее актуальный стимул (обладающий наивысшей значимой новизной: fornit.ru/68852) и это должно было бы формировать новый кадр исторической памяти последовательности осознания – картину последовательности кадров осознанного восприятия (fornit.ru/67560).
Связи между нейронами не могут закрепляться за время, меньшее, чем примерно 30 минут. Поэтому при сильном ударе по голове в памяти не сохраняется ничего в течении последнего получаса. А то, что переживалось раньше сохраняется в небольшом количестве кадров по сравнению с пережитым в предыдущий день, из-за того, что немалая часть воспоминаний закрепляется во сне.
Исследования показывают, что взрослый человек в обычный день может запомнить от 10 до 50 значимых эпизодов, которые он сможет вспомнить на следующий день без подсказок. Эти «эпизоды» — события продолжительностью от нескольких секунд до минут. Человек редко помнит каждую секунду дня — память сжимает опыт, сохраняя только значимые фрагменты.
Люди вспоминают в среднем 20–30 дискретных событий. Если день был насыщенным (поездка, праздник), — до 50–70. Если день был рутинным (офис, дом), — иногда менее 10. Воспоминания фрагментарны: человек помнит начало и конец события (ситуацию), но не каждую деталь, но по ситуации он может сознательно вычленить из конечного образа его составляющие элементы.
Некоторые исследователи (например, в работах по «психологическому настоящему») предполагают, что сознание обрабатывает информацию порциями по 2–4 секунды. Когда на что-то обращается осознанное внимание, то процесс осмысления может занимать несколько секунд, и за это время притупляется возможность нового восприятия и только намного более важное может прервать процесс на себя. Так что для усредненных расчетов можно принять, что в потоке новых событий (впечатления взрослого европейца в японском городе) число кадров может достигать всего лишь до 100 в день.
В пределе человек на следующий день способен вспомнить в памяти примерно до нескольких сотен кадров переживаний (воспоминаний), при этом качество и количество воспоминаний сильно зависят от эмоциональной значимости, внимания и состояния стресса в момент события. Важно, что память воспринимает и хранит информацию выборочно, отбирая наиболее значимые моменты, сопровождающиеся настораживающей (ориентировочный рефлекс) новизной, а не все подряд. Рассмотрим, из каких ограничений возникает этот предел.
Если принять, что в день новых впечатлений человек, до усталости способен воспринимать новые впечатления около восьми часов с периодами перевода внимания на новые ситуации через 2-10 секунд, то простая арифметика дает число кадров = от 14 тысяч до 3 тысяч кадров памяти.
Но каждый такой кадр сохраниться, если ему дать время на это больше, чем полчаса, за которое укрепятся связи. Возникает серьезная проблема: как разделить активности образов так, чтобы каждый из них строил связи только с определенным новым нейроном, ведь по закону образования связи они образуются между всеми активными нейронами, у которых уже есть синапс. А в области гиппокампа новые нейроны образуются заранее без какой-то подсказки, с каким именно образом они потом окажутся связанными. Как не создавать при этом хаотических перекрёстных ассоциаций?
Рост дендритов и синапсов — медленный процесс (часы–дни). Это значит, что потенциальные (еще не рабочие) связи от образов закладываются в то же время, как в гиппокампе возникают контакты, замыкающие выходы образов на их вход для удержания активности.
Активность синапса в первые минуты после опыта запускает локальные сигналы (Ca²⁺, CAMKII, BDNF), которые стабилизируют уже существующие синапсы. То есть направленный рост происходит в пределах уже установленных контактов, а не «на расстоянии» к случайному нейрону.
Синаптическая пластичность (например, LTP — долговременная потенциация) требует точной временной совместимости: пресинаптический и постсинаптический спайки должны быть разделены на миллисекунды. Это предотвращает случайные связи между несогласованными событиями.
При активации выделяются нейромодуляторы (дофамин, норадреналин, ацетилхолин), которые усиливают пластичность только в активных синапсах и активируют внутриклеточные каскады (CREB, BDNF), которые стабилизируют только те связи, что совпали по времени.
Таким образом, связь формируется не просто между всеми активными нейронами, а только между теми, чья активность была синхронизирована и подкреплена модуляторами.
Таким образом, не образ «ищет нейрон», а нейрон, оказавшийся активным в нужный момент, «ловит» образ.
Исследователи показали, что зубчатая фасция гиппокампа — это «разделитель паттернов». Из ~1 млн гранулярных нейронов в DG у человека активируется всего ~2–5% при любом эпизоде. Это обеспечивает минимальное перекрытие между разными воспоминаниями.
Рабочая (оперативная, еще не постоянная) историческая память на секунды–минуты поддерживается за счёт устойчивой нейронной активности (persistent firing), реципрокных петель (особенно в CA3 гиппокампа) и осцилляций (тета-, гамма-ритмы). В этот момент ещё нет новых синапсов — только функциональная модуляция существующих: фосфорилирование рецепторов, изменение проводимости ионных каналов. Это — электрофизиологическая консолидация, а не анатомическая.
Хотя полный рост дендритов занимает часы–дни, первые молекулярные и ультраструктурные изменения происходят в течение 5–15 минут после сильной активации. Изменения локализуются только в тех синапсах, которые были активны во время «эха». Таким образом, потенциальные связи «маркируются» сразу, но становятся функциональными и стабильными позже.
Каким числом сохраненных эпизодов исторической памяти лимитирует процесс разделения паттернов активности образов? Какое максимальное количество эпизодов («сохранённых кадров переживаний») может хранить гиппокамп, прежде чем механизм разделения паттернов начнёт давать сбои из-за переполнения или перекрытия активности?
В первые полчаса консолидации нейрон находится в состоянии повышенной пластичности, но также уязвим к интерференции: новый сильный стимул может перезаписать или ослабить предыдущую консолидацию (ретроградная интерференция). Таким образом, первые 30 минут — это не просто «время записи», а окно уязвимости, в течение которого следующий эпизод может «затереть» предыдущий, если они используют одни и те же нейроны. Без такой интерференции возможно сохранить около (16 часов бодрствования/0,5 часа) = 32 эпизода впечатлений. Но это максимум при идеальном чередовании и полной изоляции эпизодов — что в реальности невозможно.
Если эпизоды очень похожи или следуют один за другим без паузы (например, во время путешествия: «музей → кафе → парк → вокзал»), то ансамбли перекрываются, молодые нейроны не успевают закрепить первую связь, когда приходит вторая, возникает конкуренция за CREB, BDNF, рибосомы и другие ресурсы пластичности. В таких условиях эффективная ёмкость памяти воспоминаний падает.
Исследования показывают:
При массированном обучении (например, 10 страховых условий подряд у мышей) — только первые 2–3 хорошо запоминаются, остальные подавляются.
У людей: в день экстремального опыта (например, военные, авария, путешествие) — воспоминания фрагментарны, запоминаются ключевые моменты (~3–7 событий), остальное «смазано».
Более 5–7 интенсивных эпизодов подряд почти неизбежно приводят к интерференции, частичному забыванию и «сжатию» опыта в общее впечатление без деталей.
Но в оперативной памяти удерживаемых актуальных стимулов сохраняется вся последовательность впечатлений, доступная для осмысления в течение дня, пока во сне активность гиппокампа не будет погашена. Если бы активность не гасилась во сне, то накопление все новых активностей не только делало бы невозможным долговременное сохранение воспоминаний, но мешало бы осмысливать новое на фоне конкурирующей активности предыдущего, порождая бред и галлюцинации и приближая момент, когда мозг окажется не способен регулировать даже самые жизненно важные процессы в организме, что и влечет за собой смерть во время длительного воздержания от сна при полном органической норме структур мозга и органов.
Во сне происходит постепенное общее торможение мозговой активности, сопровождающееся увеличением контраста (актуальности) удерживаемых эпизодов впечатлений. Изолированные эпизоды начинают играть роль актуальных стимулов, вызывая сновидения – пассивный режим осознания (fornit.ru/68279) в его наиболее древних уровнях, не доходящих до осознанной произвольности.
Гиппокамп повторно активирует фрагменты, а кора интегрирует их в существующие схемы. Поочередно наиболее актуальное за день формирует значимости, о которых не было времени подумать днем и новые фантастические сочетания этих значимостей, которые годятся как возможные идеи для поведенческих действий. При этом недозаписанные из-за лимита конкурирующих активностей днем эпизоды дополняются полноценной значимостью и сохраняются, значительно увеличивая общий лимит количества сохраненных воспоминаний.
В медленном сне сновидения редки и фрагментарны — доминирует гиппокампально-кортикальный диалог (реплей).
В быстром сне (REM) префронтальная кора (центры логики, самоконтроля) подавлена, активны лимбическая система, амигдала, гиппокамп, зрительные и сенсорные области. Это создаёт яркие, эмоциональные, бессюжетные или фантастические образы — «осознание без произвольности».
Исследования показывают, что сон улучшает инсайт, креативность и принятие решений.
Во сне (особенно REM) эмоциональная нагрузка отделяется от сенсорного контента, что позволяет сохранить информацию, но снизить травматичность — или, наоборот, усилить значимость, если она была упущена днём.
Благодаря сну, эффективная ёмкость эпизодической памяти возрастает не за счёт новых нейронов, а за счёт сжатия (удаление дублей) и докодирования «недоделанных» эпизодов. Именно так работает режим сновидения в искусственном живом организме Beast.
Если при интенсивном бодрствовании человек может временно удержать 20–50 эпизодов и без сна на следующий день вспоминается лишь 30–50% из них (особенно если похожие или неэмоциональные), то сон увеличивает количество устойчиво запомненных эпизодов на 20–40% по сравнению с бодрствованием.
В экспериментах с запоминанием списков, маршрутов, сценариев группа со сном: вспоминает 70–85%, а группа без сна: вспоминает 40–60%. То есть сон «спасает» от 10 до 25 дополнительных эпизодов из 50 представленных.
В задачах на креативность и инсайт после сна участники обнаруживают новые связи между 2–5 ранее несвязанными элементами. Это можно интерпретировать как формирование 1–3 «виртуальных эпизодов» (например, «я понял, что эти два события связаны через X»).
За ночь происходит сотни эпизодов реплея (всплесков активности, повторяющих дневные последовательности), но не все они ведут к долговременному запоминанию. Оценки (на основе моделей Rolls, Buzsaki, и др.) показывают, что за ночь может быть надёжно консолидировано ~10–30 полноценных эпизодов.
Сон — не пауза в жизни, а её продолжение в другом режиме.
Такова общая картина сложнейшей системы организации исторической памяти в природной реализации.
В случае программной реализации индивидуальной системы адаптивности (действующий прототип Beast) нет никаких таких описанных проблем и кадры исторической памяти могут сохраняться в неограниченном количестве, что не обеспечивает оптимальность адаптивного использования исторической памяти как главного источника пережитого опыта, а может во многом затруднять процесс выборки. Но для компьютера это не является критической проблемой, хотя оптимизация исторической памяти остается важной и поэтому должен быть режим сна для пассивной обработки впечатлений.
Все это показывает, насколько необходимо избыточна природная реализация и насколько более эффективной может быть искусственная.
Nick Fornit
15 Oct 2025