«Секретный код», который мозг использует для создания ключевого типа памяти, наконец-то взломан.
Этот тип памяти, называемый рабочей памятью, позволяет людям временно удерживать информацию и управлять ею в течение коротких периодов времени. Вы используете рабочую память, например, когда ищете номер телефона, а затем кратко запоминаете последовательность цифр, чтобы его набрать, или когда вы спрашиваете друга, как добраться до ресторана, а затем отслеживаете повороты, пока туда едете.
Новая работа представляет собой «фундаментальный шаг вперёд» в изучении рабочей памяти, сообщил Live Science в электронном письме Дерек Ни (Derek Nee), доцент кафедры психологии и неврологии в Университете штата Флорида.
Изображение: pixabay.com
Критический процесс
На протяжении десятилетий учёные задавались вопросом, как и где мозг кодирует мимолётные воспоминания.
Одна из теорий предполагает, что рабочая память опирается на специальные «хранилища» в мозге, отделённые от тех, где мозг обрабатывает входящую сенсорную информацию, например, от глаз или носа, или от тех, где хранятся долговременные воспоминания — например, воспоминания о том, с кем вы были на выпускном вечере, или фундаментальные знания, которые вы получили в школе, — говорит Ни, не принимавший участие в новом исследовании.
Другая, противоположная теория предполагает, что «таких специальных хранилищ не существует», — сказал Ни. В этой альтернативной теории рабочая память, по сути, является эмерджентным явлением, которое проявляется, «когда сенсорные и моторные представления сохраняются, когда мы связываем прошлое с будущим», — объясняет Ни. Согласно этой теории, когда вы впервые читаете телефонный номер, задействуются те же самые клетки мозга, что и когда вы снова и снова прокручиваете этот номер в рабочей памяти.
Новое исследование, опубликованное 7 апреля в журнале Neuron, ставит под сомнение обе эти теории. Вместо того, чтобы отражать то, что происходит во время восприятия, или полагаться на специальные хранилища памяти, рабочая память, по-видимому, работает на один шаг выше сбора сенсорной информации; она извлекает только самую важную сенсорную информацию из окружающей среды, а затем суммирует эту информацию в относительно простом коде.
«В течение десятилетий существовали подсказки о том, что то, что мы храним в [рабочей памяти], может отличаться от того, что мы воспринимаем», — рассказал старший автор исследования Клейтон Кертис (Clayton Curtis), профессор психологии и неврологии в Нью-Йоркском университете (NYU).
Чтобы разгадать загадки рабочей памяти, Кертис и его соавтор Юна Квак (Yuna Kwak), аспирантка Нью-Йоркского университета, использовали метод сканирования мозга, называемый функциональной магнитно-резонансной томографией (фМРТ), который измеряет изменения кровотока в различных частях мозга. Активным клеткам мозга требуется больше энергии и кислорода, поэтому фМРТ обеспечивает косвенное измерение активности клеток мозга.
Команда специалистов использовала эту технику для сканирования мозга девяти добровольцев, пока те выполняли задание, задействовавшее их рабочую память; два автора исследования также выполнили эту задачу и внесли свой вклад в исследование.
В одном из испытаний участники смотрели на круг, состоящий из решеток, или косых линий, появлявшихся на экране в течение примерно четырех секунд; затем рисунок исчезал, а через 12 секунд участников просили вспомнить угол наклона косых линий. В других испытаниях участники рассматривали облако движущихся точек, которые смещались в одном направлении, позже их просили вспомнить точный угол движения облака точек.
«Мы предполагали, что участники перекодируют сложный стимул — наклонную решетку или движущиеся точки — во что-то более простое и соответствующее поставленной задаче», — сказал Кертис.
Участников просили обращать внимание только на ориентацию косых линий или угол движения облака точек, поэтому исследователи предположили, что активность их мозга будет отражать только эти специфические атрибуты графики.
Когда же команда учёных проанализировала данные сканирования мозга, именно это и было выявлено.
Исследователи использовали компьютерное моделирование, чтобы визуализировать сложную активность мозга, создав своего рода топографическую карту, представляющую пики и спады активности в различных группах клеток мозга. Клетки мозга, обрабатывающие визуальные данные, имеют особое «рецептивное поле», то есть они активируются в ответ на стимулы/раздражители, появляющиеся в определённой зоне поля зрения человека. Команда исследователей учла эти рецептивные поля в своих моделях, что помогло им понять, как активность мозга участников связана с тем, что они наблюдали на экране во время задания на запоминание.
Этот анализ показал, что вместо того, чтобы кодировать все мельчайшие детали каждой графики, мозг хранил только релевантную информацию, необходимую для выполнения поставленной задачи. При просмотре на топографических картах активность мозга, используемая для кодирования этой информации, выглядела как простая прямая линия. Угол же линии соответствовал ориентации решеток или углу движения облака точек, в зависимости от того, какой рисунок был показан участникам.
Эти линейные паттерны активности мозга появились в зрительной коре, где мозг получает и обрабатывает визуальную информацию, и в теменной коре, ключевой области для обработки и хранения памяти.
Важно не то, что мозг остановился на использовании линий для представления изображений. «Факт состоит в том, что репрезентация была абстрагирована от решетки [или] движения к чему-то другому», — сказал Ни.
Одним из ограничений исследования является то, что команда специалистов использовала очень упрощённую графику, которая не обязательно отражает визуальную сложность реального мира, отметил Ни. Это ограничение распространяется на многие исследования рабочей памяти, при этом Ни отмечает, что в своих исследованиях он тоже использует аналогичные простые графики.
«Поле должно перейти к более богатым стимулам, которые лучше соответствуют нашему естественному визуальному опыту, чтобы вывести нас из лаборатории и подвести к практической полезности», — сказал он. Но, имея это в виду, новое исследование по-прежнему «даёт новое понимание того, что значит держать что-то в Интернете на будущее», — сказал он.
Рабочая память, по сути, действует как мост между восприятием (когда мы читаем номер телефона) и действием (когда мы набираем этот номер). «Это исследование, определяющее репрезентативный формат, который не похож ни на то, что было воспринято, ни на то, что будет сделано, но может быть чётко прочитан по визуальным сигналам, предлагает беспрецедентный взгляд на эту таинственную промежуточную зону между восприятием и действием», — говорит Ни.
