Опровержение молчаливой памяти: мозг активно обрабатывает и невнимательную информацию

Понимание того, как человеческий мозг сохраняет информацию и затем использует её для выполнения различных задач, уже давно является одной из основных целей исследований в области нейронауки и психологии. Ранее учёные выделили различные типы памяти, каждая из которых имеет свои особенности и функции.

Один из таких типов — это оперативная память, которая включает в себя кратковременное хранение и обработку важной информации, особенно той, что необходима для выполнения логических задач или принятия решений в ближайшее время. Результаты исследований показывают, что такое временное хранение информации связано с постоянной и устойчивой активностью определённых нейронов в мозге.

Большинство прошлых исследований, посвящённых оперативной памяти, использовали задачи, в которых участникам предлагалось запомнить всю предъявленную им информацию.

Однако крайне немногие работы пытались понять, как мозг хранит «невнимательную» информацию — то есть стимулы, которые в текущий момент не находятся в фокусе внимания и не являются напрямую важными для выполнения текущей задачи.

Учёные из Польской академии наук, Университета штата Нью-Йорк (SUNY Upstate), военного госпиталя в Элке и Вроцлавского медицинского университета решили проверить обоснованность теоретической модели, предполагающей существование «молчаливого механизма» (activity-silent), ответственного за хранение невнимательной информации.

Их результаты, опубликованные в журнале Nature Human Behaviour, опровергают это теоретическое предположение и вместо этого показывают, что хранение невнимательной информации также связано с нейронной активностью.

«Мы знаем, что элементы нашей оперативной памяти — наши мысли — представлены активностью специализированных нейронов», — объясняет Ян Каминьски (Jan Kaminski), старший автор работы, в интервью Medical Xpress.
«Когда нам нужно удерживать что-то в уме, определённые нейроны начинают активнее работать. Например, когда мы запоминаем номер телефона, определённые нейроны временно становятся более активными, кодируя эту информацию».
«Однако недавние исследования предположили, что если элемент памяти временно выходит из фокуса внимания, активность нейронов возвращается к фоновому уровню — например, когда нужно помнить номер телефона, но на время переключиться на другую задачу».

Эти предположения основывались в основном на данных, полученных с помощью неинвазивных методов, таких как ЭЭГ и фМРТ. Однако эти методы измеряют усреднённую активность сотен тысяч нейронов, из-за чего активность небольшой группы клеток может быть «поглощена» бездействием окружающих нейронов.

«Наша лаборатория специализируется на прямой записи нейронной активности во время инвазивных клинических процедур, таких как имплантация электродов в мозг пациентов для мониторинга эпилепсии», — говорит Каминьски.
«Это даёт уникальную возможность проверить гипотезу о молчаливой активности напрямую. В этом исследовании мы регистрировали активность нейронов в височной доле, известных своей ролью в оперативной памяти».

Участникам эксперимента показывали две картинки и просили запомнить обе, но сосредоточить внимание только на одной в первой части эксперимента. Позже им либо нужно было продолжать удерживать внимание на той же картинке, либо переключиться на ранее «нефокусную».

«Этот дизайн эксперимента называется парадигмой двойного ретро-ку (double retro-cue) и ранее уже применялся в исследованиях», — поясняет Катажина Палух (Katarzyna Paluch), первый автор работы.
«Для записи активности мы использовали интракраниальную ЭЭГ — клиническую процедуру, при которой электроды хирургически помещаются непосредственно в мозг пациента, например, для диагностики эпилепсии. Это позволило нам регистрировать активность отдельных нейронов».

Когда участники переключали внимание с одной картинки на другую, учёные фиксировали активность нейронов в височной доле, чтобы понять, как мозг хранит «нефокусную» информацию.

«К нашему удивлению, мы обнаружили, что даже та картинка, на которую участник не был сосредоточен, продолжала активно представляться через нейронные импульсы», — сообщил Каминьски.
«Это противоречит гипотезе о молчаливом хранении и показывает, что внефокусные элементы в оперативной памяти тоже представлены активной нейронной активностью. Наши результаты говорят о том, что большая часть нашей оперативной памяти — этот мысленный “набросок” — поддерживается именно активной деятельностью нейронов».

Таким образом, мысли и другая информация, находящаяся вне фокуса внимания, всё равно поддерживаются активными нейронами, а не неким «молчаливым» механизмом, как ранее предполагалось.

Кроме фундаментального значения для понимания работы памяти, эти данные также могут повлиять на разработку методов лечения психических расстройств, сопровождающихся нарушениями оперативной памяти — таких как СДВГ, ОКР и шизофрения.

«Например, наши результаты позволяют задуматься о создании нейроимплантов или электрических стимуляторов, способных помогать в поддержании конкретной информации в оперативной памяти, расширяя возможности терапии», — добавил Каминьски.
«Сейчас наша лаборатория продолжает изучать оперативную память и её нейронные механизмы, используя прямые записи активности мозга.
В будущем мы планируем исследовать, как мозг переключается между сохранением текущей информации и запоминанием новой — что критически важно для гибкой когнитивной деятельности».