Исследователи открыли «секретный код», который наш мозг использует для хранения рабочей визуальной памяти

"Секретный код", который мозг использует для создания ключевого типа памяти, наконец-то разгадан. 

Этот тип памяти, называемый рабочей памятью, позволяет людям временно удерживать информацию и манипулировать ею в течение коротких периодов времени.

Рабочая память используется, например, когда вы ищете номер телефона, а затем кратко запоминаете последовательность цифр, чтобы набрать номер, или когда вы спрашиваете у друга дорогу к ресторану, а затем следите за поворотами, пока едете туда.

Новая работа представляет собой "фундаментальный шаг вперед" в изучении рабочей памяти, сказал Дерек Ни, доцент психологии и неврологии в Университете штата Флорида, по электронной почте Live Science.

Важнейший процесс 

На протяжении десятилетий ученые задавались вопросом, как и где мозг кодирует кратковременные воспоминания. 

Одна из теорий предполагает, что рабочая память опирается на специальные "хранилища" в мозге, отдельные от тех, где мозг обрабатывает поступающую сенсорную информацию, например, от глаз или носа, или где хранятся долгосрочные воспоминания — например, воспоминания о том, с кем вы ходили на выпускной бал, или фундаментальные знания, полученные в школе, — говорит Ни, который не участвовал в новом исследовании. 

Другая, противоположная теория предполагает, что "таких специальных хранилищ не существует", — сказал Ни в интервью Live Science.

Согласно этой альтернативной теории, рабочая память — это, по сути, эмерджентный феномен, который проявляется, "когда сенсорные и моторные представления сохраняются, когда мы связываем прошлое с будущим", — сказал Ни.

Согласно этой теории, при первом чтении телефонного номера загораются те же клетки мозга, что и при повторном проговаривании номера в рабочей памяти.

Похожие статьи: Ваш мозг преувеличивает воспоминания, чтобы лучше их запомнить 

Новое исследование, опубликованное 7 апреля в журнале Neuron, опровергает обе эти теории.

Вместо того чтобы отражать то, что происходит во время восприятия или полагаться на специальные хранилища памяти, рабочая память, похоже, работает на один шаг выше сбора сенсорной информации; она извлекает из окружающей среды только наиболее значимую сенсорную информацию, а затем суммирует эту информацию в относительно простой код. 

"В течение десятилетий существовали подсказки, что то, что мы храним в [рабочей памяти], может отличаться от того, что мы воспринимаем", — сказал старший автор исследования Клейтон Кертис, профессор психологии и нейронаук в Нью-Йоркском университете (NYU), по электронной почте в интервью Live Science. 

Чтобы разгадать тайны рабочей памяти, Кертис и соавтор исследования Юна Квак, докторант Нью-Йоркского университета, использовали метод сканирования мозга под названием функциональная магнитно-резонансная томография (фМРТ), которая измеряет изменения в кровотоке к различным участкам мозга. Активные клетки мозга требуют больше энергии и кислорода, поэтому фМРТ позволяет косвенно измерить активность клеток мозга.

Команда использовала этот метод для сканирования мозга девяти добровольцев во время выполнения ими задания, которое задействовало их рабочую память; два автора исследования также выполнили задание и предоставили снимки мозга для исследования. 

В одном из испытаний участники наблюдали на экране круг, состоящий из решеток, или косых линий, в течение примерно четырех секунд; затем изображение исчезало, и через 12 секунд участников просили вспомнить угол наклона косых линий.

В других испытаниях участники рассматривали облако движущихся точек, которые все смещались в одном направлении, и их просили вспомнить точный угол движения облака точек.  

"Мы предсказывали, что участники перекодируют сложный стимул" — угловую решетку или движущиеся точки — "во что-то более простое и имеющее отношение к поставленной задаче", — сказал Кертис в интервью Live Science.

Участников попросили обратить внимание только на ориентацию косых линий или угол движения облака точек, поэтому исследователи предположили, что их мозговая активность будет отражать только эти специфические атрибуты графики. 

И когда команда проанализировала данные сканирования мозга, именно это они и обнаружили.

Похожие материалы: Знаменитый трюк Шерлока Холмса с памятью действительно работает 

Исследователи использовали компьютерное моделирование для визуализации сложной активности мозга, создав своего рода топографическую карту, отражающую пики и долины активности в различных группах клеток мозга.

Клетки мозга, обрабатывающие визуальные данные, имеют специфическое "рецептивное поле", то есть они активизируются в ответ на стимулы, которые появляются в определенной зоне зрительного поля человека.

Команда 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 выполнения задачи на запоминание.  

Этот анализ показал, что вместо того, чтобы кодировать все мелкие детали каждого графического изображения, мозг сохранял только ту информацию, которая была необходима для решения поставленной задачи.

При просмотре топографических карт активность мозга, используемая для кодирования этой информации, выглядела как простая прямая линия.

Угол наклона линии соответствовал ориентации решеток или углу движения облака точек, в зависимости от того, какое изображение было показано участникам.

Эти линейные паттерны активности мозга возникали 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 решил использовать линии для представления изображений.

"Дело в том, что представление было абстрагировано от решеток [или] движения к чему-то другому", — сказал Ни. 

Одним из ограничений исследования является то, что команда использовала очень упрощенную графику, которая не обязательно отражает визуальную сложность реального мира, отметил Ни.

Это ограничение распространяется на многие исследования рабочей памяти, и Ни сказал, что в своих собственных исследованиях он использует такие же простые графики.

"Чтобы перейти от лабораторных исследований к практическому применению, необходимо перейти к более богатым стимулам, которые лучше соответствуют нашему естественному визуальному опыту", — сказал он.

Но, несмотря на это, новое исследование все же "дает новое понимание того, что значит удерживать в памяти что-то в режиме онлайн 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, выявив формат представления, который не похож ни на то, что было воспринято, ни на то, что будет сделано, но может быть четко считан из визуальных сигналов, предлагает беспрецедентный взгляд на эту загадочную промежуточную зону между восприятием и действием", — сказал Ни.