Ученые выяснили, почему мозг запоминает сюрпризы более подробно

Фото из открытых источников

Большая часть того, что мы видим каждый день, исчезает практически мгновенно. Мы проходим через один и тот же дверной проем, едем по одной и той же дороге или проезжаем мимо одних и тех же зданий, практически ничего из этого не запоминая.

Затем происходит нечто неожиданное. Машина внезапно тормозит. Птица влетает прямо под колеса. Почему-то эти моменты остаются в памяти. Ученые давно задаются вопросом, почему мозг сохраняет неожиданные воспоминания, позволяя при этом знакомым событиям исчезать.

Чтобы ответить на этот вопрос, им сначала нужно было понять, как мозг решает, куда направить свое ограниченное внимание и энергию.

На протяжении десятилетий ученые спорят о том, как мозг расходует свою ограниченную энергию. Одна сторона заявила, что полагается на то, что может предсказать, избегая ожидаемого. Другая же заявила, что вкладывает усилия в неожиданное.

Группа исследователей под руководством Рубена Ридо из Школы психологии Сиднейского университета решила разрешить этот вопрос. Они подозревали, что старый принцип «или-или» был ошибочен с самого начала. Результаты исследования опубликованы в журнале The Journal of Neuroscience.

Мозг каждую секунду получает огромный поток зрительных и слуховых образов, намного превышающий его возможности по обработке. Он справляется с этим, опираясь на мысленную карту того, что будет дальше. Вопрос заключался в том, куда девается сэкономленная энергия.

Для проверки этой идеи команда набрала 40 добровольцев и посадила их перед экраном. Вспышки света следовали одна за другой по кругу в определенном ритме, который они уже могли предугадывать. Время от времени исследователи неожиданно нарушали эту закономерность. Вспышка появлялась в совершенно неожиданном месте.

Датчики отслеживали мозговую активность участников, время реакции и точность определения местоположения каждой неожиданной вспышки. Мозговые волны регистрировались с помощью ЭЭГ-шапочки — сетки из электродов, которая считывает электрические сигналы через кожу головы.

Также исследователи наблюдали, как зрачки расширялись и сужались, что свидетельствует об интенсивной работе мозга.

Закономерность в цифрах была очевидна. Когда вспышка падала туда, куда ожидали добровольцы, они реагировали быстрее и чаще попадали в нужное место. Прогнозы делали именно то, что утверждали сторонники теории скорости.

«Мы выяснили, что ответ кроется в обоих факторах. Мозг и рыбку ест, и на елку садится», — сказал ведущий автор исследования Цзиюэ Ху. Но скорость — это лишь половина дела.

Когда добровольцев попросили точно вспомнить, где именно появилась ожидаемая вспышка, они дали более расплывчатые ответы, чем в случае вспышек, которые нарушили закономерность. Этот нюанс перекликается с более ранними исследованиями, показывающими, что мозг преуменьшает то, чего уже ожидает. Быстрее, но менее четко.

Обработка мозгом знакомого события разделяется на два отдельных акта. Во-первых, она предсказывает, что произойдет, и подготавливает организм к реакции, сокращая время реакции на миллисекунды еще до появления вспышки.

После вспышки начинается второй акт. Мозг проверяет событие, сопоставляя его со своим предсказанием. Затем, кажется, все успокаивается, детали остаются нечеткими. Именно поэтому точное место было трудно вспомнить. Разница между этими двумя действиями заключалась во внимании.

Ускорение на начальном этапе проявлялось только тогда, когда добровольцы наблюдали за этим участком, что согласуется с результатами исследования, связывающего экономию времени с тем, на чем сосредоточено внимание. Мелкие детали, тем не менее, терялись.

Анализ вспышек непосредственно по мозговым волнам подтвердил ту же картину изнутри. С точностью до десятой доли секунды команда смогла определить, куда упала каждая вспышка.

Ожидаемые и неожиданные реакции так быстро разошлись. Неожиданные вспышки оставляли более четкий след. Их местоположение было ясно видно, в то время как ожидаемые вспышки выглядели более размытыми, а их детали исчезали в течение нескольких сотен миллисекунд после вспышки.

Добровольцы, у которых мозг сильнее всего притуплял ожидаемые вспышки эмоций, также обладали наименее точной памятью о них. Независимо от того, является ли затухание сигнала причиной нечетких воспоминаний или просто сопутствующим фактором, эти два явления развивались вместе.

Неожиданность переключает мозг в другой режим. Вместо того чтобы полагаться на предсказания, он распахивает двери и собирает все возможные детали, считая этот момент достойным того, чтобы запечатлеть его целиком.

В результате получается более качественная летопись мира. Когда что-то противоречит прогнозам мозга, этот разрыв сигнализирует о необходимости обновить его ментальную карту, а другие исследования связывают такие моменты с более сильными и долговременными воспоминаниями.

До этого исследования никто не мог четко разделить эти два процесса. Разделив процессы, происходящие в мозге до вспышки фотоаппарата, и процессы, происходящие после нее, команда продемонстрировала, что увеличение скорости и затраты памяти рассчитываются на разных приборах.

На старый спор о том, что мозг предпочитает — неожиданности или сюрпризы, теперь есть ответ, и тут нет однозначного ответа. Он делает и то, и другое, тратя скорость на то, что может предсказать, и детализацию на то, что предсказать невозможно.

Такое разделение имеет практическое преимущество. Искусственные нейронные сети, лежащие в основе современного ИИ, сталкиваются с тем же потоком входных данных, и команда хочет проверить, может ли двухскоростной подход сделать их более эффективными.

Для нейронауки чёткое разграничение между вниманием и предсказанием даёт исследователям возможность изучать каждый из этих процессов по отдельности, вместо того чтобы гадать, какой именно из них задействован. Мозгу никогда не приходилось выбирать между скоростью и точностью. Он незаметно подстраивал свои действия под оба параметра.