Торкель Клингберг - Перегруженный мозг. Информационный поток и пределы рабочей памяти

В середине 1990-х годов ученые начали использовать функциональный магнитно-резонансный сканер, чтобы получать снимки мозговой активности примерно каждую секунду. Техника с более высоким разрешением позволяет различать активность на разных стадиях — на самой ранней, когда происходит ознакомление с объектом, на стадии сохранения информации в рабочей памяти и на заключительной стадии, когда мы реагируем на ту или иную информацию [42] О непрерывной активности нейронов в процессе использования функциональной магнитно-резонансной томографии см.: Cohen, J.D., Pearstein, W.M., Braver, T.S., Nystrom, L.E., Noll, D.C., Jonides, J. & Smith, E.E.Temporal dynamics of brain activation during a working memory task. Nature. 1997.386; Courtney, SM., Ungerleider, L.G., Keil, K. & Haxby, J.V. Transient and sustained activity in a distributed neural system for human working memory. Nature. 1997. 386:608–611. . Многие исследования ставили перед собой задачу — проанализировать степень активности мозга, характерную для стадии сохранения информации в рабочей памяти. Ученые убедились в том, что информация сохраняется за счет непрерывной активности нейронов в лобной доле. Эти опыты дали очень серьезные результаты. И кстати, выяснилось, что не только лобная доля сохраняет непрерывную активность на стадии запоминания, но также и теменная доля.

Сравнивая данные тестов на произвольное внимание с данными тестов на рабочую память, мы убедились в том, что рабочая память и управление вниманием связаны, и это согласуется с некоторыми психологическими концепциями. Но активируется ли при этом одна и та же система мозга? Вот в чем вопрос.

В одном из исследований мозговой деятельности в процессе активации рабочей памяти Клейтон Кертис и Марк Д'Эспозито (университет Беркли, штат Калифорния, США) использовали те же самые точечные тесты, которые ранее использовались с обезьянами [43] О постоянной активности в процессе проведения точечных тестов см.: Curtis, C.E., Rao.V.Y. & D'Esposito, M. Maintenance of spatial and motor codes during oculomotor delayed response tasks. Journal of Neuroscience.2004. 24:3944–3952. .

Ученые работали с группой из пятнадцати человек. Мозговая активность каждого из них измерялась в течение 45 минут, а снимки мозговой активности делались каждую секунду. Эти эксперименты потребовали воли и выносливости не только от испытуемых, которые помещались в камеру томографа и запоминали позиции из точек на протяжении 45 минут, но и от ученых, которым предстояло обработать результаты более чем 40 тысяч снимков мозга.

После статистического анализа этих изображений Кертис и Д'Эспозито зафиксировали активность в теменной доле (sulcus intraparietalis), в верхней лобной извилине (gyrus frontalis superior), а также в передней части лобной доли (gyrus frontalis media). Примечательно, что в экспериментах Познера на произвольное внимание также активизировались первые две области.

Результаты исследований мозга подтверждают гипотезу о том, что рабочая память связана с управлением вниманием. Это может означать, что процессы запоминания точки и запоминания, куда следует направить свое внимание в ожидании появления точки, ничем не отличаются.

И все же следует подчеркнуть, что процессы активизации рабочей памяти и произвольного внимания совпадают не полностью. Во многих случаях, когда рабочая память выполняет определенные задания, в лобной доле наблюдается активация, которая не всегда проявляется при решении задач на произвольное внимание. Какую роль играет в данном случае процесс активации — до конца не ясно.

Но так или иначе на нашей карте мозговой активности по-прежнему много белых, или, по крайней мере, серых пятен. Мы по-прежнему не знаем, как функционируют передние части лобной доли. Возможно, в процессе активации передней части лобной доли взаимодействие между верхними частями лобной доли и теменной доли стабилизируется.

Кругами обведены области мозга, которые активизируются, когда информация сохраняется в рабочей памяти. Область в теменной доле и верхняя область лобной доли находятся в состоянии непрерывной активности в процессе сохранения пространственной информации. Эти области идентичны тем областям, которые активизируются при произвольном внимании. Область в лобной доле активизируется, когда включается рабочая память, но не всегда активизируется при контроле внимания. Стрелки показывают, как области сообщаются друг с другом в процессе функционирования рабочей памяти [44] Иллюстрация заимствована из источника: Curtis, C.E. & D'Esposito, M. Persistent activity in the prefrontal cortex during working memory. Trends in Cognitive Sciences. 2003. 7:415–423. .

И все-таки нам крайне важно выяснить — каким образом нейронам удается сохранять активность на стадии запоминания без внешних стимулов? Возможно, этот механизм запускают внутренние связи между нейронами.

Другой важный вопрос — какого типа информация кодируется в процессе непрерывной активности? Какая роль отведена этому процессу?

Подобные вопросы возникали и раньше, когда проводились исследования по изучению долговременной памяти. Согласно одной из теорий, определенные нейроны отвечают за специфическую память. Речь идет о так называемой «теории бабушкиных клеток». По этой теории, у нас есть специфическая клетка, которая активируется каждый раз, когда мы видим свою бабушку.

Что касается рабочей памяти, то на этот счет существует теория сенсорной информации, которая передается от тыльных областей мозга к специализированным нейронам лобной доли, и эта теория в чем-то сходна с «теорией бабушкиных клеток». Непрерывная активность специфических нейронов лобной доли, таким образом, позволяет обезьяне запомнить, что она видела точку, расположенную на 90 градусов справа. Активизируясь, близлежащая клетка передает память о точке на 120 градусов справа и так далее. Согласно другой теории, информация о разных стимулах может кодироваться на той же частоте, на которой активизируются нейроны.

Но есть и другие теории, согласно которым информация не всегда считывается благодаря активности нейронов в лобной доле. Определенные нейроны демонстрируют активность рабочей памяти независимо от того, какие стимулы запоминаются. Поскольку они кодируют разные модели чувств, такие как звуковая и визуальная информация, их можно назвать мультимодальными — это своего рода универсальные нейроны [45] Об исследованиях, которые поддерживают теорию специализированных нейронов см.: Funahashi, S., Bruce, C.J. & Goldman-Rakic, P.S. Mnemonic coding of visual space in the monkey's dorsolateral prefrontal cortex. Journal of Neurophysiology. 1989. 61. .

Все эти вопросы могли бы показаться чрезмерно педантичными и академическими, и, возможно, даже не имеющими отношения к теме, если бы не исключительная заинтересованность (в том числе и моя личная) в классификации различных видов нейронов в лобных долях.