Ритмы мозговых сетей объясняют, почему некоторые люди лучше концентрируются

Фото из открытых источников

Способность человека сохранять концентрацию и противостоять отвлекающим факторам заложена в стабильных, масштабных динамических ритмах его мозга. Новое исследование, опубликованное в журнале PNAS, показывает, что люди с лучшим контролем внимания естественным образом более эффективно координируют активность в основных нейронных сетях мозга как в состоянии покоя, так и при повышении когнитивных нагрузок.

Контроль внимания — это когнитивная способность концентрироваться на важной информации, отфильтровывая при этом отвлекающие факторы. Психологи часто различают кратковременные колебания концентрации внимания, например, отвлечение из-за усталости, и базовую способность человека концентрироваться в течение длительного времени. Как стабильная характеристика, эта базовая способность надежно предсказывает успеваемость, карьерный успех и общее состояние физического здоровья.

Несмотря на свою важность, неврологическая основа этой устойчивой психической особенности до сих пор остается несколько неясной. Предыдущие нейровизуализационные исследования в основном были сосредоточены на том, как средний мозг реагирует на кратковременные задачи, или изучали мозг в состоянии покоя изолированно. Лишь немногие исследователи рассматривали, как стабильные индивидуальные различия в контроле внимания определяют то, как нейронные сети мозга переключают свое поведение из состояния покоя в состояние высокой когнитивной нагрузки.

Психологи Долли Т. Сибургер и Рэндалл В. Энгл из Технологического института Джорджии возглавили группу исследователей, занимавшихся изучением этого пробела. Они предположили, что контроль внимания основан на фронтопариетальной сети управления — распределенной системе головного мозга, которая действует как центральный исполнительный орган. Эта сеть охватывает области префронтальной и теменной коры, управляя целями посредством взаимодействия с другими системами головного мозга.

В частности, сеть управления часто взаимодействует с сетью режима по умолчанию, которая обрабатывает мысли, направленные внутрь, такие как мечтания, и дорсальной сетью внимания, которая направляет фокус внимания на внешний мир. Исследователи предположили, что люди с сильным контролем внимания просто лучше справляются с управлением этими нейронными связями, поскольку окружающая среда требует больших умственных усилий.

Для проверки этой гипотезы исследовательская группа привлекла около 200 взрослых участников к многодневному эксперименту. В течение первых двух сессий участники прошли серию компьютерных поведенческих тестов. Эти тесты измеряли их базовый уровень контроля внимания, объем рабочей памяти и общие навыки решения проблем, известные как подвижный интеллект.

Поскольку эти три когнитивные способности тесно взаимосвязаны, исследователи использовали статистическое моделирование для выделения контроля внимания. Этот математический шаг гарантировал, что любая наблюдаемая впоследствии активность мозга будет однозначно связана со способностью к концентрации, а не с общим интеллектом или ограничениями памяти.

В ходе третьего сеанса участники прошли функциональную магнитно-резонансную томографию. Исследователи записали активность их мозга в трех различных условиях. Сначала участники лежали без сна с открытыми глазами в течение десяти минут, чтобы установить базовый уровень покоя.

Затем участники выполнили задание на запоминание с низкой нагрузкой, в котором им нужно было нажать кнопку, когда фигура на экране совпадала с той, что была показана непосредственно перед ней. Наконец, участники выполнили задание на запоминание с высокой нагрузкой. В этом сложном условии им нужно было запомнить, совпадает ли фигура с той, что была показана на три шага назад в последовательности, что требовало постоянного обновления их мысленного пространства и одновременного сопротивления отвлекающим факторам.

Для анализа снимков мозга исследователи искали квазипериодические паттерны. Это медленные, ритмичные волны мозговой активности, которые повторяются во времени. Отслеживая эти низкочастотные сигналы, команда смогла наблюдать, как различные мозговые сети синхронизировались или расходились по мере того, как участники переходили от состояния покоя к легкому заданию, а затем к сложному.

Анализ выявил существенные различия между людьми в зависимости от их способности контролировать внимание. Что касается сети, связанной с внутренним мышлением, у людей с более низким уровнем контроля внимания наблюдалась сильная положительная связь с сетью управления в состоянии покоя. Эта связь резко обрывалась, как только они приступали к выполнению простого задания.

Напротив, у очень внимательных людей наблюдался другой ритм. Связь между сетью управления и сетью внутреннего мышления у них менялась очень незначительно между отдыхом и выполнением простой задачи. Однако, когда начиналась сложная задача, их мозг резко разделял эти две сети, что говорит о том, что они успешно отсеивали внутренние отвлекающие факторы только тогда, когда требовалась максимальная концентрация.

Аналогичная закономерность наблюдалась и в сети внешнего внимания. У людей с более низким уровнем контроля внимания наибольшее изменение связности наблюдалось при переходе от состояния покоя к простой задаче. У тех, кто обладал более высоким уровнем контроля внимания, наибольшее увеличение связности происходило при самой высокой когнитивной нагрузке, при этом их системы целенаправленного внимания активировались именно тогда, когда сложность задачи достигала пика.

Исследователи также отслеживали работу вентральной сети внимания, которая действует как система оповещения о неожиданных или важных событиях. В состоянии покоя у людей с высокой внимательностью наблюдалась положительная связь между центральным менеджером и этой сетью оповещения. По мере увеличения когнитивной нагрузки эта связь постепенно ослабевала.

У людей с более низким уровнем контроля внимания наблюдалась гораздо более хаотичная картина в этой системе оповещения. Активность их мозга смещалась от отрицательной связи в состоянии покоя к положительной связи при низкой нагрузке и обратно к отрицательной при высокой нагрузке.

Исследователи также изучили голубое ядро (locus coeruleus), небольшую структуру в стволе головного мозга, которая вырабатывает норадреналин. Этот химический мессенджер регулирует физическое возбуждение и помогает координировать глобальные состояния мозга. Традиционно связываемое с базовой бдительностью, голубое ядро все чаще признается играющим важную роль в сложных когнитивных процессах.

При выполнении наиболее сложной задачи на запоминание у людей с высокой степенью внимания наблюдалась положительная синхронизация между центром управления вниманием в головном мозге и голубым ядром. Напротив, у людей с низким уровнем контроля внимания во время выполнения сложной задачи наблюдалась отрицательная корреляция между этими областями. Это позволяет предположить, что люди с низкой концентрацией внимания могли снизить свои умственные усилия или частично отстраниться, когда требования превышали их возможности.

Хотя результаты позволяют глубже изучить физическую природу внимания, исследование имеет ряд ограничений. Голубое ядро очень маленькое и его физические размеры варьируются от человека к человеку. Стандартные методы нейровизуализации несколько неточны при измерении таких маленьких структур, а это значит, что в будущем более точные измерения могут быть обеспечены с помощью специализированных методов сканирования.

Кроме того, задачи на запоминание с низкой и высокой нагрузкой могут представлять собой не просто разные сложности одного и того же мыслительного процесса. Участники часто используют совершенно разные мыслительные стратегии для обработки более сложных последовательностей запоминания, что может влиять на наблюдаемые мозговые ритмы способами, не связанными с чистым вниманием.

Поскольку исследование основано на данных наблюдений, его результаты не позволяют установить, что эти паттерны мозговых сетей напрямую влияют на контроль внимания. Вмешательства с использованием неинвазивной стимуляции мозга могли бы помочь определить, влияет ли изменение этих нейронных путей на способность человека концентрироваться.

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