Спростування мовчазної пам'яті: мозок активно обробляє неуважну інформацію

Розуміння того, як людський мозок зберігає інформацію, а потім використовує її для виконання різних завдань, вже давно є головною метою досліджень у нейронауці та психології. Вчені раніше визначили різні типи пам'яті, кожен з яких має свої власні характеристики та функції.

Одним із таких типів є робоча пам'ять, яка передбачає короткочасне зберігання та обробку важливої інформації, особливо тієї, що потрібна для виконання логічних завдань або прийняття рішень найближчим часом. Дослідження показують, що це тимчасове зберігання інформації пов'язане з постійною та стійкою активністю певних нейронів у мозку.

У більшості попередніх досліджень робочої пам'яті використовувалися завдання, в яких учасників просили запам'ятати всю представлену їм інформацію.

Однак дуже мало досліджень намагалися зрозуміти, як мозок зберігає «невважену» інформацію, тобто стимули, які наразі не є центром уваги та не мають безпосереднього відношення до поточного завдання.

Вчені з Польської академії наук, Університету штату Нью-Йорк, Військового шпиталю в Елку та Медичного університету Вроцлава вирішили перевірити обґрунтованість теоретичної моделі, яка передбачає існування «механізму мовчання активності», відповідального за зберігання неуважної інформації.

Їхні результати, опубліковані в журналі Nature Human Behaviour, ставлять під сумнів це теоретичне припущення і натомість показують, що зберігання неуважної інформації також пов'язане з нейронною активністю.

«Ми знаємо, що елементи нашої робочої пам’яті – наші думки – представлені активністю спеціалізованих нейронів», – розповів старший автор дослідження Ян Камінскі виданню Medical Xpress.
«Коли нам потрібно щось запам’ятати, певні нейрони стають більш активними. Наприклад, коли ми запам’ятовуємо номер телефону, певні нейрони тимчасово стають більш активними, кодуючи цю інформацію».
«Однак нещодавні дослідження показали, що якщо елемент пам’яті тимчасово не у фокусі, активність нейронів повертається до фонового рівня – наприклад, коли нам потрібно запам’ятати номер телефону, але ми тимчасово перемикаємося на інше завдання».

Ці припущення значною мірою ґрунтувалися на даних, отриманих за допомогою неінвазивних методів, таких як ЕЕГ та фМРТ. Однак ці методи вимірюють середню активність сотень тисяч нейронів, а це означає, що активність невеликої групи клітин може бути «поглинена» бездіяльністю навколишніх нейронів.

«Наша лабораторія спеціалізується на безпосередньому записі нейронної активності під час інвазивних клінічних процедур, таких як імплантація електродів у мозок пацієнтів для моніторингу епілепсії», — каже Камінскі.
«Це надає унікальну можливість безпосередньо перевірити гіпотезу про мовчазну активність. У цьому дослідженні ми зафіксували активність нейронів у скроневій частці, відомих своєю роллю в робочій пам’яті».

Учасникам показували дві картинки та просили запам'ятати обидві, але зосередитися лише на одній у першій частині експерименту. Пізніше їм потрібно було або продовжувати фокусуватися на тій самій картинці, або переключитися на ту, яка раніше була «не в фокусі».

«Цей експериментальний дизайн називається парадигмою подвійного ретро-сигналу і використовувався в попередніх дослідженнях», – пояснює Катажина Палуч, перший автор статті.
«Для запису активності ми використовували внутрішньочерепну ЕЕГ, клінічну процедуру, під час якої електроди хірургічним шляхом розміщуються безпосередньо в мозку пацієнта, наприклад, для діагностики епілепсії. Це дозволило нам зафіксувати активність окремих нейронів».

Коли учасники перемикали свою увагу з одного зображення на інше, вчені фіксували активність нейронів у скроневій частці, щоб зрозуміти, як мозок зберігає інформацію, що «не стосується фокусу».

«На наш подив, ми виявили, що навіть зображення, на якому учасник не зосереджувався, продовжувало активно відображатися за допомогою нейронної активності», — сказав Камінскі.
«Це суперечить гіпотезі мовчазного запам’ятовування та показує, що елементи, що знаходяться поза фокусом в робочій пам’яті, також представлені активною нейронною активністю. Наші результати свідчать про те, що значна частина нашої робочої пам’яті — цей ментальний «ескіз» — підтримується за допомогою активної нейронної активності».

Таким чином, думки та інша інформація, що знаходиться поза фокусом уваги, все ще підтримуються активними нейронами, а не якимось «мовчазним» механізмом, як передбачалося раніше.

Окрім фундаментального значення для розуміння того, як працює пам'ять, ці висновки також можуть вплинути на розробку методів лікування психічних розладів, пов'язаних з порушенням робочої пам'яті, таких як СДУГ, обсесивно-компульсивний розлад та шизофренія.

«Наприклад, наші результати дозволяють нам подумати про створення нейронних імплантатів або електричних стимуляторів, які можуть допомогти зберегти певну інформацію в робочій пам’яті, розширюючи можливості терапії», – додав Камінскі.
«Наша лабораторія зараз продовжує вивчати робочу пам’ять та її нейронні механізми, використовуючи прямі записи активності мозку.
У майбутньому ми плануємо вивчити, як мозок перемикається між збереженням поточної інформації та запам’ятовуванням нової інформації, що має вирішальне значення для гнучкої когнітивної діяльності».