Торкель Клингберг - Перегруженный мозг. Информационный поток и пределы рабочей памяти
Возрастные изменения рабочей памяти[54].
Десятилетние дети, по горькому опыту многих взрослых, как правило, выигрывают у своих родителей. Однако мамы и папы могут утешать себя тем, что обыгрывают, в свою очередь, своих родителей-пенсионеров[53]. Все дело в том, что в этой игре задействована долговременная память. Информацию о картинках на лицевой стороне двадцати карточек не надо непрерывно прокручивать в рабочей памяти. Наоборот, эта информация кодируется в долговременной памяти, и ее можно извлечь оттуда в любую минуту. Точно так же мы вспоминаем, куда поставили машину несколько минут назад, перед тем, как отправиться за покупками. Впрочем, отдельные виды долговременной памяти с возрастом не развиваются, и тогда дети по своим мнемоническим возможностям опережают взрослых.
Возьмем другую развивающую детскую игру — «Саймон» («Simon»). Круг разделен на четыре сегмента — синий, желтый, красный и зеленый. Разноцветные сегменты в форме кусков торта загораются в определенном порядке, например верхний-нижний-правый-левый. Цель игры заключается в том, чтобы нажимать на клавиши в той последовательности, в какой они загораются. Если ход сделан правильно, то цепочка удлиняется на одно звено, например верхний-нижний-левый-правый-левый. Некоторые игроки воспроизводят цепочки из пятнадцати звеньев, и это опровергает утверждение Миллера о том, что наша рабочая память может удержать только семь единиц информации. Однако в этой игре один и тот же набор клавиш повторяется из раза в раз, и поэтому мы можем использовать нашу долговременную память. Если бы последовательность клавиш изменялась, игроки признали бы свое поражение гораздо раньше.
Сигналы и объем
Как с годами меняется мозг ребенка? И, в частности, какие процессы происходят с рабочей памятью? Чтобы ответить на эти вопросы, на протяжении последних нескольких лет моя группа в составе Хелены Вестерберг, Перниллы Олесен и Ханса Форссберга проводила исследования в Каролинском институте в Стокгольме. Мы использовали простые тесты — дети запоминали конфигурацию из точек, и пока они решали эту задачу, мы сканировали их мозг[55]. Мы обнаружили, что у детей увеличилась активность специфических областей мозга — в теменной доле, а также в верхней и в передней части лобной доли. Наши выводы во многом совпали с выводами других ученых, которые ранее проводили аналогичные исследования.
Теменная доля — довольно большая зона мозга. В медицине ее называют париетальной долей. Кора мозга в париетальной доле состоит из складок и образует интрапариетальную борозду (sulcus intraparietalis). Самые явные изменения мы наблюдали именно в коре головного мозга, как раз в этих складках. И именно в этом сегменте наши коллеги обнаружили очаг активности при выполнении задач на произвольное внимание.
Причем в зависимости от характера задач активность мозга в лобной доле менялась. Эти выводы подтвердили многие исследования. Когда, например, наряду с важной информацией испытуемым давали второстепенные отвлекающие сведения, увеличивалась активность передней части лобной доли[56]. Таким образом, все эти три области отвечают за рабочую память: чем выше активность, чем лучше способность к запоминанию. Есть еще один способ определить ключевые структуры, ответственные за объем рабочей памяти. Вспомним кривую, приведенную во вступительной главе, которая обозначает пределы рабочей памяти.
В 2004 году журнал «Природа» («Nature») опубликовал результаты двух исследований рабочей памяти[57]. Участникам первого исследования предъявляли сначала 2, затем 4,6 и наконец 8 объектов. В роли объектов выступали маленькие круги, причем следовало запомнить и цвет круга, и место его расположения на экране. Постепенно результаты становились все хуже, точно так, как это показывает диаграмма. Затем активность мозга измерили с помощью функционального магнитно-резонансного томографа. Оказалось, что функционировала только одна-единственная область, как показано на диаграмме — в интрапариетальной борозде. В аналогичном опыте электрическую активность анализировали уже с помощью электроэнцефалограммы (ЭЭГ), и опять, как и на диаграмме, активизировалась область в интрапариетальной борозде[58].
Как же тогда обстоят дела с интеллектуальными способностями, ведь считалось, что они связаны с объемом рабочей памяти? В фундаментальном исследовании под руководством южнокорейского ученого Кун Хо Ли интеллект молодых людей измерили по матрицам Равена, а затем просканировали их мозг, когда они решали задачи на запоминание[59]. Исследователи обнаружили, что чем лучше испытуемые справлялись с заданиями, тем выше была активность мозга в лобной и в теменной долях, и особенно в интрапариетальной борозде теменной доли[60]. Именно эта зона мозга отвечает за развитие рабочей памяти в детстве, и этот факт подтвержден исследованиями моей группы, а также другими учеными.
Многие исследования подтверждают, что области в теменной и лобной долях напрямую связаны с объемом нашей рабочей памяти. То есть не весь мозг, а лишь некоторые его сегменты участвуют в деятельности рабочей памяти. Причем это те самые области, которые, как мы уже знаем, активируются, когда рабочая память сохраняет полученную информацию и когда внимание направляется на заранее намеченную цель. Может быть, здесь и находятся ключевые структуры, или то «узкое бутылочное горло», которое ограничивает нашу способность воспринимать и сохранять информацию? То, что к этому причастна лобная доля, кстати, вполне объяснимо, поскольку многие исследования последних десятилетий доказывают: лобная доля непосредственно отвечает за наши активные когнитивные функции. Но о том, что теменная доля также играет важную роль в этом процессе, стало известно сравнительно недавно. Примечательно и то, что роль теменной доли однозначно подчеркивают различные исследования, использующие разные методы.
Может быть, не случайно мозг Эйнштейна выделяется именно развитостью теменных долей. Мозг Эйнштейна вполне обычен по весу и размеру, и по большинству своих характеристик является вполне «среднестатистическим». А вот теменная часть гораздо шире, чем у «обычных» людей[61]. К тому же левая теменная доля оказалась намного больше правой. Еще одна особенность, обратившая на себя внимание ученых, — борозда, разделяющая височную и теменную доли, чрезмерно увеличена и смещена вперед, что и объясняет расширение теменной доли.
Механизмы ограничения объема
Предположим, мы определили ключевые области мозга, которые регулируют процесс развития памяти в детстве. Какие изменения происходят в теменной и лобной долях при увеличении информационных нагрузок? Почему память не безгранична? На эту тему было проведено несколько исследований. Ученые задались целью выяснить, что происходит с мозговой активностью при увеличении количества букв, цифр или лиц, которые предлагается запомнить испытуемым[62]. Результаты исследований во многом совпали, в частности, они показали, что скорость кровотока и метаболизма постепенно увеличивалась по мере увеличения объема информации. Может ли это означать, что существует некий метаболический предел в виде нехватки кислорода? Или в соответствующие области мозга поступает недостаточное количество крови, и именно этот фактор ограничивает деятельность нашей рабочей памяти? Может быть, в нашем мозге образуется молочная кислота? Если вы когда-нибудь выполняли тест на запоминание, когда вам называют восемь цифр, которые надо повторить в обратном порядке, мысль о молочной кислоте в мозге может показаться не совсем абсурдной.
Однако ни одно из этих объяснений не представляется достаточно убедительным. Кровоснабжение мозга устроено так, что нейроны всегда получают достаточное количество обогащенной кислородом крови. Когда нейроны активируются, увеличивая скорость метаболизма и расход кислорода, приток крови к ним возрастает настолько, что происходит сверхкомпенсация, и кислорода и крови поступает больше, чем когда нейроны бездействуют. Известно также, что в экстремальных ситуациях, например во время эпилептического припадка, в мозге увеличивается кровоток в гораздо большей степени, чем при выполнении задач, требующих интеллектуальных усилий. Так что придется искать другие вероятные объяснения. Возможно, изучая динамику возрастных изменений теменной и лобной долей, мы поймем, какие механизмы лежат в основе совершенствования рабочей памяти.
Детский мозг
Исследования детского мозга помогают нам избавиться от наивного штампа: мы всегда были убеждены в том, что мозг — высокофункциональная система, содержащая огромное количество нейронов. Кстати, в лобной доле двухлетнего ребенка содержится почти в два раза больше синапсов — соединений между нейронами, — чем у взрослого в 20-летнем возрасте. И вместе с тем рабочая память у двухлетнего малыша функционирует гораздо хуже. На третьем году жизни плотность синапсов постепенно начинает снижаться и примерно к 12 годам достигает уровня взрослого человека[63]. После раннего перепроизводства количество нейронов, медиаторов и синапсов начинает стремительно уменьшаться.
