Поиск - новости науки и техники

Найти и обработать. Как наш мозг отбирает и хранит информацию?

Парадокс нашего времени: человеку проще, чем в доцифровую эпоху, получить доступ к постоянно растущим объемам информации, но гораздо труднее выбрать из нее то, что важно, не отвлекаясь на все остальное. Как мозг справляется с такой задачей? Как в течение жизни меняется его способность выполнять эту работу? 
Ответы на эти фундаментальные вопросы ищут ученые Института возрастной физиологии Российской академии образования (ИВФ РАО), выполняя проект, поддержанный грантом Российского научного фонда (РНФ), “Развитие управляющих функций мозга в онтогенезе человека”. 
“Управляющими функциями мозга” исследователи называют его способность организовывать работу с информацией, регулировать процесс ее обработки наиболее оптимальными для достижения поставленной цели способами. Степень развития этих функций имеет ключевое значение для достижения успеха в любой деятельности, но особенно важна для ребенка: ведь от них зависит прогресс в обучении и социальной адаптации.
– Из всех аспектов многомерного понятия “управляющие функции мозга” мы выбрали три, характеризующие важные этапы поведения человека, – рассказывает руководитель проекта, заведующая лабораторией нейрофизиологии когнитивной деятельности ИВФ РАО доктор биологических наук Регина ­МАЧИНСКАЯ. – Это, во-первых, преднастройка мозга на обработку значимой информации. Во-вторых, сохранение этой информации в памяти в течение определенного времени и манипулирование ею с целью решения когнитивной задачи. Этот аспект управляющих функций называется рабочей памятью. По ее параметрам, кстати, гораздо лучше, чем по IQ, удается предсказать, насколько успешно будет обучаться ребенок. И наконец, третий этап – непосредственно планирование действий. 
Наш проект состоял из четырех самостоятельных, но логически связанных экспериментов, в которых одновременно методами экспериментальной психологии изучались параметры деятельности человека и методами нейрофизиологии – процессы, происходящие в этот момент в мозге. Такое “двойное измерение” – особенность проекта, позволяющего понять, что происходит в головном мозге в момент подготовки к деятельности или преобразования информации. Сделать подобное чисто психологическими методами в принципе невозможно. Работу мозга мы изучали с помощью функциональной магнитно-резонансной томографии (ФМРТ) и электроэнцефалографии (ЭЭГ). Исследование на томографе показывает, какие именно зоны мозга наиболее активно участвуют в интересующих нас процессах, а применение количественных методов анализа многоканальной электроэнцефалограммы позволяет оценить быстро изменяющиеся взаимо­связи между активными зонами.
Благодаря гранту РНФ мы смогли собрать сильную команду ученых из разных организаций, получили возможность использовать томограф Лечебно-реабилитационного центра Минздрава и закупить новое оборудование, без которого не имело смысла даже приступать к большей части нейрофизиологических исследований.
– В чем суть экспериментов? Как примерно они выглядели? 
– Испытуемому – взрослому, ребенку или подростку – в автоматизированном режиме предъявляли на экране тестовое задание. Автоматически регистрировали все параметры его выполнения, а также активность мозга в процессе подготовки к решению когнитивной задачи, удерживания информации в памяти, реализации деятельности.
Настройка мозга на обработку значимой информации происходит либо при получении предварительной инструкции, сигнализирующей мозгу о будущем событии, либо при повторении одних и тех же событий многократно в определенном порядке (в процессе научения). Какой из этих способов и в каких видах деятельности наиболее эффективен? Благодаря исследованиям в рамках нашего проекта удалось выяснить, что мозг по-разному регулирует анализ будущей информации. В первом случае задействуются довольно сложные механизмы произвольного контроля. Их главное преимущество – способность быстро переключаться в зависимости от текущих задач. Во втором – формируются более экономные связи между корковыми областями, что сильно сокращает время и увеличивает точность решения задачи. Но происходит это после довольно длительного периода научения. Второй способ гораздо более инертный.
Конечно, при обучении детей необходимо использовать виды деятельности, способствующие развитию обоих видов преднастройки. Если ориентироваться только на формирование навыков при многократном повторении, как это часто делается, то ребенок окажется беспомощным перед лицом неопределенных или незнакомых ситуаций. 
Однако важная информация должна быть не только быстро и точно воспринята. Для успешного осуществления планируемого действия или решения когнитивной задачи требуется удержать ее в рабочей памяти. В нашем проекте мы изучали, как отражаются различные условия деятельности на мозговых процессах, лежащих в основе управляющей функции, в том числе влияние эмоциональной окраски поступающей информации. Этот вопрос мало изучен, есть свидетельства того, что сильные эмоции способствуют запоминанию, и есть – того, что, наоборот, мешают. 
Мы анализировали, как сказывается эмоциональная окраска реалистических изображений на решении простой когнитивной задачи – определение сходства или различия деталей двух картинок, которые одну за другой с небольшим перерывом показывали испытуемым. Картинки, естественно, брались не случайные, а из специального тестового набора, который используется во всем мире. Он содержит изображения эмоционально нейтральные, эмоционально позитивные и эмоционально негативные. Тут мы столкнулись с проблемой возраста: работая с детьми, мы не могли задействовать наиболее “впечатляющие” изображения эротических или жестоких сцен и в качестве “негативных” брали изображения, вызывающие отвращение. 
Мы убедились, что характер изображения оказывает влияние на управляющие функции мозга. Если картинка вызывает у взрослого человека негативные эмоции (в нашем эксперименте – отвращение), то это отрицательно сказывается на рабочей памяти: увеличивается время реакции, при сравнении картинок возрастает число ошибок. Значит, негативная эмоциональная окраска изображения мешает выполнять задание. Это видно и на нейрофизиологическом уровне. Для нас оказалось несколько неожиданным, что подростки реагируют на негативную информацию гораздо слабее, чем взрослые.
– Получается, показаниям свидетелей несчастных случаев слишком доверять не стоит… Почему же негативное изображение нам удерживать в памяти труднее? 
– Самое простое объяснение – негативная эмоциональная реакция порождает дополнительную активность в мозге, эволюционно связанную с биологической реакцией организма на опасность, и та влияет на систему удержания информации, то есть выступает так называемым дистрактором, “отвлекающим” информационные структуры мозга от наиболее оптимального функционирования. Наши эксперименты показывают, что негативная окраска стимула действительно приводит к изменениям мозговой системы удержания информации. Делает работу системы более диффузной и “затратной”, подключаются дополнительные зоны мозга (возможно, для преодоления отвлекающего влияния эмоции), и решение когнитивной задачи становится более медленным и менее эффективным. 
– Чем же объясняется различие реакций у подростков и взрослых?
– Ответ на этот вопрос требует дополнительного анализа. Одна из возможных причин – неоптимальное функционирование мозговых систем оценки негативной информации и усиленная активность систем, нацеленных на получение положительного результата. 
Оказалось также, что системы мозга, ответственные за удержание информации, меняются и в зависимости от того, как человек собирается использовать ее в дальнейшем, то есть от задач деятельности. В одном из экспериментов мы показывали испытуемым строчку из нескольких символов, напоминающих буквы, и просили ее запомнить, чтобы потом или нарисовать, или произнести, или напечатать. Анализ ошибок показывал, что одна и та же зрительная информация при удержании в рабочей памяти, вероятно, преобразуется в вербальную (буквенную) форму, если требуется произнести или напечатать ассоциированные с символами буквы, и сохраняется в виде зрительных образов, если требуется копирование. Когда изучили электрическую активность мозга и посмотрели связи между сигналами от разных его областей, увидели, что взаимодействие между зонами мозга в процессе удержания нужной информации действительно зависит от поставленной задачи. Видимо, управляющие системы мозга организуют обработку информации во время ее удержания в рабочей памяти так, чтобы она была удобна для будущего действия. 
При исследовании детей разного возраста оказалось, что с годами наряду с увеличением объема рабочей памяти (количества удерживаемых элементов) меняется соотношение процессов вербального и зрительно-пространственного перекодирования. Например, у детей 7-8 лет вербальное перекодирование успешнее, чем зрительно-пространственное, а у детей 9-10 лет – наоборот. Вероятно, более эффективное преобразование зрительной информации в вербальную форму у детей 7-8 лет связано с интенсивным обучением письму и чтению. Кстати, такая особенность мозга детей 7-8 лет – одно из проявлений зависимости механизмов когнитивной деятельности от характера самой деятельности. Влияние характера деятельности и способа подачи информации на развитие мозга очень важно учитывать при обучении. 
Еще один интересный факт, свидетельствующий о влиянии характера деятельности на управляющие функции мозга, был обнаружен при исследовании отсроченного копирования зрительной траектории. Например, если показать испытуемому изображение ломаной линии и дать сигнал ее нарисовать либо сразу, либо спустя несколько секунд, во втором случае он начинает рисовать быстрее, чем в первом. Время от сигнала к действию до первого движения составит уже не секунду, а 400 миллисекунд, то есть сократится больше чем вполовину. Значит, пока испытуемый ждет разрешающего сигнала и удерживает информацию, идет ее спонтанное преобразование в более экономную форму, содержащую важные ключевые признаки, что позволяет человеку быстрее осуществить необходимое действие. Отсюда сразу напрашивается практический вывод: при обучении письму, например, не стоит, как делается сейчас, требовать от первоклассников писать буквы вслед за учителем, глядя, как тот их вырисовывает на доске. Гораздо эффективнее дать небольшую паузу – и только потом попросить детей воспроизвести написанное взрослым.
Исследование управляющих функций человеческого мозга и в особенности анализ их формирования при индивидуальном развитии важны не только для совершенствования процесса образования. Управляющие функции – особенность мозга высокоразвитых живых существ, которая позволяет им прогнозировать будущее, быстрее и эффективнее обучаться… Выяснив закономерности работы мозга для реализации этих функций, ученые смогут применить их в системах искусственного интеллекта. Сложная система нуждается в управляющих механизмах. А лучше человеческого мозга с задачей их создания пока никто не справился. 
Беседовала  Наталия БУЛГАКОВА
Фото Николая Степаненкова

Нет комментариев