Мозг способен освоить истинную многозадачность после интенсивной тренировки

Фото из открытых источников

Новое исследование ученых из Джорджтаунского университета показывает, как мозг перестраивается для автоматизации освоенных задач. Полученные результаты, опубликованные в Journal of Cognitive Neuroscience, ставят под сомнение давно устоявшееся представление о том, как люди осваивают сложные навыки, предполагая, что настоящая многозадачность действительно возможна.

Помимо того, что исследование вселяет уверенность в занятых людей, показывая, что они действительно могут делать два дела одновременно, оно также имеет важное значение для развития искусственного интеллекта, способного, подобно мозгу, опираться на ранее полученные знания.

«Мы сделали еще один шаг в понимании того, как мозг учится», — сказал ведущий автор исследования профессор Максимилиан Ризенхубер из Медицинской школы Джорджтаунского университета и содиректор Центра нейроинженерии. «Самое обнадеживающее то, что вы действительно можете научиться выполнять несколько задач одновременно. На самом деле существует способ перестроить архитектуру вашего мозга и задействовать другие его части».

Новое исследование основывается на многолетних исследованиях того, как происходит обучение в головном мозге.

Ученые хотели понять механизмы автоматизации и то, как мозг переключается от обучения новой задаче к выполнению этой задачи более бессознательно после приобретения значительного опыта.

«Хороший пример — вождение автомобиля», — сказал Ризенхубер. «Когда человек только учится водить, это требует полной концентрации. Но после многих лет вождения большинство людей могут разговаривать, слушать музыку или обдумывать проблему, не сосредотачиваясь полностью на управлении транспортным средством. Вопрос в том: как ваш мозг это делает?».

Большинство предыдущих исследований в области обучения были сосредоточены на ранних этапах, но то, что происходит с мозгом в долгосрочной перспективе, изучать сложнее и изучено хуже.

В рамках нового исследования ученые обучили людей сортировать измененные изображения автомобилей по двум категориям, учась различать тонкие различия. Участники выполнили более 30 000 заданий в течение пяти-десяти недель, используя приложение, которое позволяло им сортировать изображения в виде игры на своих телефонах. Исследователи использовали функциональную МРТ и ЭЭГ для сканирования мозга участников до и после выполнения заданий.

Исследователи обнаружили, что после того, как люди первоначально научились сортировать изображения, эта задача активировала их префронтальную кору. Эта область мозга отвечает за исполнительные функции и мышление, но обычно может выполнять только одну задачу за раз.

Однако, когда исследователи провели сканирование мозга участников, которые в течение нескольких недель тренировались в задаче сортировки, они обнаружили, что категоризация теперь происходит в височной коре, части мозга, отвечающей за кодирование памяти и распознавание сложных объектов.

«Предыдущие исследования показали, что части височной коры могут активироваться определенными категориями объектов у опытных наблюдателей, птиц, автомобилей и даже покемонов, но ограничением всех этих исследований является то, что они проводились только после того, как люди становились экспертами», — сказал соавтор исследования Патрик Кокс из Университета Лихай. «Сила этого исследования заключается в его лонгитюдном характере. Мы проводим измерения до и после тренировки, поэтому можем увидеть, что интенсивная тренировка, по сути, сформировала в височной доле область, избирательно реагирующую на определенные категории информации, которой раньше не было».

«Это имеет значение для критически важных ситуаций в реальном мире, например, когда рентгенолог благодаря многолетней подготовке может довольно автоматически, часто без долгих раздумий, точно классифицировать образования на рентгеновском снимке как доброкачественные или злокачественные», — сказал Кокс.

Информация о категориях, поступающая из области височной коры, избирательно реагирующей на автомобили, миновала префронтальную кору и напрямую соединялась с выходными отделами мозга.

«Опыт перестраивает мозг, чтобы обойти это узкое место в лобной коре. Префронтальная кора остается свободной для всего остального, что вы хотите делать, увеличивая ваши возможности», — объяснил Ризенхубер.

Действительно, исследователи обнаружили, что чем больше нагрузка на префронтальную кору была снята с задачи, связанной с управлением автомобилем, тем лучше люди могли выполнять другую задачу параллельно с этой задачей.

Полученные данные опровергают давнюю теорию о том, что люди не способны к истинной многозадачности. Вместо этого считалось, что мозг быстро переключается между двумя задачами.

«Мы показали, что нейронные связи фактически изменяются, позволяя мозгу выполнять две задачи одновременно, — сказал Ризенхубер. — Это и есть настоящая многозадачность».

Полученные результаты также могут иметь значение для понимания компульсивного поведения, поскольку они демонстрируют, что усвоенные модели поведения перемещаются в мозговые цепи, менее доступные для сознательного мышления или исполнительных функций.

«Первый шаг к тому, чтобы отучиться от чего-то, — это понять, где именно это происходит в мозге», — сказал Ризенхубер. «Это показывает, почему такие стратегии, как просьба подумать о чем-то другом, на самом деле не помогают, потому что они не контролируют это поведение сознательно».

Это также помогает объяснить, почему люди так хорошо умеют непрерывно учиться или наращивать навыки — то, с чем у ИИ до сих пор возникают проблемы.

Перемещение усвоенного навыка в височную кору и освобождение места в префронтальной коре может позволить мозгу использовать старую информацию в качестве строительного блока для изучения чего-то нового, сказал Ризенхубер. Он отметил, что современные модели ИИ не обладают такой же возможностью.

Далее исследователи намерены изучить механизмы или сигналы, участвующие в передаче знаний из одной части мозга в другую, а также выяснить, каковы пределы многозадачности.

«Еще один действительно интересный вопрос — какие виды задач можно освоить достаточно хорошо, чтобы выполнять их параллельно», — сказал Кокс. «Мы можем ходить и жевать жвачку одновременно, но смотреть в телефон, чтобы писать сообщения за рулем, никогда не будет безопасно, потому что мы отвлекаемся от дороги. Все сводится к тому, чтобы научиться тренировать полностью отдельные нейронные цепи для двух задач, чтобы они стали совместимыми».

* Информация представлена исключительно в ознакомительных целях и не служит рекомендацией для лечения заболеваний