Нейробиологи выяснили, как неопределенность мешает мозгу быть многозадачным

Когнитивная гибкость — один из мощнейших навыков, который требует от мозга существенных ресурсов. Нейробиологи провели эксперименты с участием людей и обезьян, чтобы понять, как внезапное изменение правил задачи влияет на обработку информации мозгом. Результаты представлены в статье, опубликованной в Nature Neuroscience.

Многозадачность непроста для молодых людей, а возраст, болезни или злоупотребление запрещенными веществами тем более ей не способствуют, констатирует один из ведущих авторов Чэн Сюэ из Чикагского университета.

«Я по образованию физик, поэтому склонен думать о мозге как о динамической системе, активность которой формируется неким ландшафтом — как вода, текущая по каменистому дну ручья. Интуиция мне подсказывала, что тип и время наших ошибок многое говорят об этом ландшафте», — говорит он.

Эксперименты с людьми и обезьянами

• В первом эксперименте участвовало более 200 человек. Они наблюдали за быстрой сменой кругов с полосками. Полосы были расположены то так, то эдак, изменялась их ширина и направление. Испытуемых просили указать, за какой именно частью круга они должны были следить и какие изменения наблюдали. Иногда их спрашивали, насколько они уверены в своем выборе, но с оговоркой — не уточняли, какой признак нужно отслеживать. Вывод нужно было сделать, исходя из своих результатов в предыдущих заданиях.
• Второй эксперимент провели с двумя макаками-резусами, которые выполняли схожие задания, а в это время при помощи микроэлектродов считывалась активность их теменной и зрительной коры. Результаты загрузили в нейросеть.

«Их результаты в выбранной задаче действительно ухудшались, как и следовало ожидать из хорошо известной цены переключения задач. Чтобы выяснить, почему мозг совершает такие ошибки, мы сначала научили модель ошибаться так же. Вместо того чтобы обучать искусственную нейронную сеть хорошо выполнять задачу, мы обучили ее воспроизводить реальные выборы животных, включая ошибки. Сеть стала образцом, который можно разобрать на части, чтобы сформулировать точные гипотезы», — объясняет Сюэ.

Выводы подсказала нейросеть

Другую модель обучили делать правильный выбор в тех же задачах. Это позволило сравнить их результативность.

«Анализ модели показал, что ошибки при переключении задач, вызваны интерференцией информации, относящейся к задаче, с посторонними сведениями.  Мы проверили предсказания модели с помощью новых поведенческих экспериментов с людьми, анализа нейронных записей во время выполнения задачи животными и небольших искусственных возмущений нейронной активности в зрительной коре животных», — продолжает нейробиолог.

Таким образом, ошибки, когда наваливается много дел, вовсе не случайны.

«Когда мы не уверены, какое правило применяется, мозг удерживает информацию, которую должен игнорировать. Представления разных признаков в мозге не полностью разделены — скорее, они расположены под углом друг к другу. Поэтому задержавшаяся нерелевантная информация просачивается в релевантную и смещает решения в предсказуемом направлении», — говорит исследователь.

Наличие электродов в головах обезьян помогло эти выводы проверить.

«В V1, первой стадии обработки зрительной информации в коре, один признак можно было считать из нейронных сигналов, которые обычно несут информацию о другом. Стимуляция одного участка V1 сдвигала оба суждения вместе в направлении, предсказанном моделью», — отмечает Сюэ.

Зачем это нужно

Помимо пользы для фундаментальной науки, исследование имеет и вполне прикладное значение. В перспективе эти результаты помогут в разработке терапии психиатрических и нейродегенеративных заболеваний, связанных с дефицитом когнитивной гибкости.

«Если каждое состояние оставляет свой след в картине ошибок, эти паттерны со временем могли бы помочь в более ранней диагностике и более целенаправленных вмешательствах. А мне теперь есть чем себя утешить, когда трудно справляться с несколькими делами одновременно — это не провал силы воли или дисциплины. Мозг склонен полагаться на неверную информацию при переключении передач. Решение может быть простым: закончить одну задачу, дать себе короткую передышку с чем-то необременительным, например, разобрать стол, прежде чем браться за следующую», — заключил Сюэ.