Чтение онлайн

Исследовательница Патриция Голдман-Ракич (Йельский университет, США) на протяжении многих лет изучала процессы мозговой деятельности и механизмы рабочей памяти и в числе прочего разрабатывала методику точечных тестов. Она и ее коллеги регистрировали активность нейронов в разных областях мозга у обезьян, чтобы выяснить, как действует механизм рабочей памяти [39] . Выяснилось, что нейроны выключаются, как только инициирован ответ. Это был весьма трудоемкий процесс. К оборудованию подключили усилители и микрофоны. И тогда ученые услышали сигналы электрической активности нейронов — пощелкивание и потрескивание. Эту звуковую карту следовало расшифровать, и задача оказалась не из легких. Однако Патриции Голдман-Ракич удалось охарактеризовать некоторые паттерны.

Примечательно, что активность некоторых нейронов проявлялась именно в тот момент, когда информация сохранялась в рабочей памяти. Нейроны начинали активизироваться тогда, когда обезьяна устремляла свой взгляд на точку, которую ей следовало запомнить. Нервные импульсы поступали от нейронов даже после того, как точка исчезала, и до того момента, пока обезьяна переводила свой взгляд на то место, которое запомнила. Подобная активность была названа активностью специфического периода ожидания. Если процесс непрерывной активности прерывался, то обезьяна не могла сохранить информацию. Основная часть нейронов с подобного типа активностью находится в лобной доле, меньшая часть — в теменной.

Согласно теории, выдвинутой Патрицией Голдман-Ракич и ее коллегами, информация сохраняется в рабочей памяти благодаря особым нейронам, находящимся в состоянии непрерывной активности. Этот процесс отличается от процесса кодирования информации в долговременной памяти. Связи между нейронами перманентно усиливаются, это требует времени и синтеза новой порции белков.

Кодирование информации в рабочей памяти — куда более динамичный процесс. Это оперативный способ сохранения информации, поскольку электрическая активность нервной системы длится всего несколько миллисекунд. Однако это — самый уязвимый способ, поскольку процесс запоминания прекращается, когда обрывается сеть.

Теперь вернемся к вопросу об определении разных типов памяти. Чтобы не путаться с терминологией и охарактеризовать специфику функций, которые определяют, что происходит в мозге, нам следует определить рабочую память как «способность сохранять информацию в активном состоянии в течение короткого периода, базирующуюся на непрерывной активности нейронов в лобной доле».

Возьмем хотя бы предыдущий пример с автостоянкой, когда мы паркуем машину, чтобы купить пакет молока. Информацию о том, где мы запарковали машину, мы сохраняем в долговременной памяти. Нейроны в лобной доле не участвуют в кодировании информации о местоположении автомобиля, так что пока мы ходим по магазину, эта информация нам не понадобится.

Благодаря компьютерному моделированию можно наблюдать, как происходит процесс активации и как информация сохраняется в памяти путем взаимной активации нейронов

Но когда мы ищем молоко в магазине, мы обращаемся за подсказкой к рабочей памяти. Эта информация находится в режиме онлайн, иными словами, она постоянно хранится в нашем сознании.

Мы не знаем досконально, каким образом нейронам удается сохранять свою активность на протяжении всего периода. На этот счет существует гипотеза — есть рекуррентные петли, то есть сети из нейронов, которые сохраняют состояние активности путем обмена импульсами. В последние годы ученые, исследующие эти механизмы, добились успехов благодаря методу компьютерного моделирования.

Компьютерные модели воспроизводят процесс активизации отдельных нейронов [40] . Виртуальные нейроны связываются друг с другом, образуя сеть. Затем исследователи изучают, при каких условиях возникает и поддерживается состояние активности. Выясняется, что необходим баланс между процессами стимуляции и торможения. Чрезмерное торможение приводит к тому, что нейронная активность обнуляется, соответственно, теряется и сохраненная информация. И напротив, чрезмерная активность приводит к виртуальной эпилепсии мозга.

В 1990-е годы знания о функционировании рабочей памяти начали активно пополняться, когда благодаря методу позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ) ученые получили возможность измерять уровень мозгового кровотока, в то время как испытуемые решали задачи, за которые отвечает рабочая память. Наблюдая за процессом активизации лобной доли, ученые пришли к тем же выводам, что и исследователи функции лобной доли у обезьян и травм лобной доли у людей.

Позитронно-эмиссионный томограф дает более детальную информацию, и исследователи получили возможность выделить те области, которые сохраняют визуальную информацию в рабочей памяти, и те области, которые активизируются в процессе запоминания вербальной информации. Позитронно-эмиссионный томограф позволял фиксировать информацию каждую минуту [41] .

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] . 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] .

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.