Как мозг приоритизирует воспоминания и зачем это нужно?

Исследователи выявили нейронные механизмы, отвечающие за приоритизацию памяти. Новое исследование раскрыло, как мозг динамически настраивает свою нейронную активность для приоритизации более важной информации в рабочей памяти. В публике, размещенной в журнале Science Advances, было обнаружено, что когда людей просят запомнить несколько предметов, их мозги усиливают нейронные сигналы для более важных, что позволяет более точно и уверенно вспоминать.

Рабочая память — это краткосрочная система, которую мозг использует для временного хранения информации, помогая людям принимать решения, планировать и учиться. Но у рабочей памяти есть ограничения: попытки удержать слишком много вещей сразу снижают качество каждой памяти. Предыдущие исследования показали, что люди могут преодолевать некоторые из этих ограничений, выделяя больше умственных ресурсов для предметов, которые они считают более важными. Новое исследование стремилось объяснить, как эта приоритизация происходит на уровне мозговой активности.

Исследователи использовали сочетание визуализации мозга и вычислительного моделирования, чтобы изучить, как нейронная активность меняется, когда люди удерживают несколько предметов в памяти, каждый из которых имеет разный уровень важности. Они обнаружили, что сигналы в визуальных областях мозга были сильнее и точнее для предметов с высоким приоритетом. Эти различия в мозговой активности предсказывали, как хорошо каждый предмет запоминался. Активность в лобных областях мозга также, похоже, помогала направлять внимание на более важную информацию, формируя качество воспоминаний, хранящихся в других областях мозга.

Исследование сосредоточилось на конкретном типе памяти, называемом визуальной рабочей памятью, которая включает удержание визуальной информации в уме на короткий срок. Например, запоминание того, где вы припарковали машину, или отслеживание движущегося объекта в обеих случаях требует этой памяти. Исследователи разработали эксперимент, в котором участникам нужно было запомнить расположение двух предметов, кратко показанных на экране. Один из предметов был более вероятно проверен позже, что делало его более важным для запоминания. Участникам нужно было удерживать оба предмета в памяти в течение 12 секунд, прежде чем использовать движение глаз, чтобы указать запомненное местоположение одного из них.

Чтобы изучить, что происходило в мозге во время этой задачи, исследователи использовали функциональную магнитно-резонансную томографию, которая измеряет кровоток как заменитель нейронной активности. Они просканировали мозг 11 участников во время выполнения задачи памяти за несколько сессий. Применив сложную модель декодирования к данным визуализации, исследователи смогли оценить не только то, что участники запоминали, но и то, насколько они не уверены в каждом воспоминании. Модель рассматривала нейронную активность как вероятностный код, где более сильные или более точные шаблоны активности отражали более уверенные воспоминания.

Результаты показали, что нейронные сигналы в зрительной коре — той области мозга, которая участвует в обработке визуальной информации — были более интенсивными для предметов с высоким приоритетом. Эти более сильные сигналы переводились в меньшие ошибки памяти и большую уверенность. В среднем участники более точно запоминали высокоприоритетные предметы и быстрее реагировали, когда их просили вспомнить их. Их движения глаз были ближе к правильному месту, и они тратил меньше времени на ответ. Эти поведенческие улучшения совпадали с шаблонами, наблюдаемыми в данных мозга.

Исследование также показало, что величина нейронной активности в лобной коре предсказывала, насколько хорошо участники могли различать высокоприоритетные и низкоприоритетные воспоминания. Это предполагает, что лобная кора играет регуляторную роль, отправляя сигналы, которые корректируют силу представлений о памяти в визуальных областях в зависимости от важности каждого предмета. Другими словами, области мозга в лобной части помогают направить ментальный фокус, увеличивая "громкость" воспоминаний, которые имеют наибольшее значение.

Исследователи измеряли эту приоритизацию с помощью различных статистических методов. Они показали, что на протяжении испытаний активность мозга участников отражала различия в неопределенности между высокоприоритетными и низкоприоритетными предметами. Эти различия предсказывали не только то, насколько точно участники запоминали предметы, но и то, насколько они приоритизировали один предмет над другим. В испытаниях, где разрыв в нейронной точности был больше, поведенческое различие также было больше.

Команда также исследовала, как различные области мозга способствовали этому процессу. Они выявили несколько областей — включая интрапариетальный борозд и префронтальную кору — которые показали активность мозга, которую можно было связать либо с общим количеством ресурсов памяти, которые использовались, либо с тем, как они были распределены между двумя предметами. Одна область, в частности, верхняя прецентральная борозда, казалась ключевой в настройке этого баланса, возможно, отправляя обратную связь в визуальные области. Это открытие поддерживает идею о том, что рабочая память — это не просто пассивная система хранения, а активный процесс, который включает координацию между несколькими областями мозга.

Комбинируя высокоточное изображение мозга с вычислительной моделью, исследователи смогли изолировать вклад нейронного "усиления" — меры силы сигнала — в формирование качества рабочей памяти. Они обнаружили, что назначение более высокого усиления элементу памяти делало его представление более точным и снижало неопределенность. Эта взаимосвязь согласуется с теоретическими рамками, которые трактуют память и внимание как вероятностные системы, в которых мозг сохраняет не только информацию, но и чувство о том, насколько надежна эта информация.

Тем не менее, у исследования есть некоторые ограничения. Размер выборки был мал — всего 11 участников, а все данные были получены из контролируемой лабораторной обстановки. Реальные задачи памяти более сложные и подвержены влиянию дополнительных факторов, таких как эмоции, мотивация и отвлечения. Исследователи также отметили, что их модель сосредоточилась в основном на визуальных областях мозга, оставляя открытыми вопросы о том, как другие регионы способствуют приоритизации памяти в различных обстоятельствах.

В будущих исследованиях авторы предлагают расширить подход к ситуациям, связанным с более чем двумя элементами памяти или различными типами информации. Они также отмечают, что возможность декодирования нескольких репрезентаций памяти из активности мозга может иметь приложение в интерфейсах «мозг-компьютер» или в понимании нарушений, которые затрагивают внимание и память.

Исследование "Нейронные механизмы распределения ресурсов в рабочей памяти" написано Хсин-Хуном Ли, Томасом С. Спрэгом, Эспен Х. Ю и Клейтоном Е. Кертисом.