В НИУ ВШЭ изучили рабочую память и узнали, что время дорого обходится мозгу

Ученые НИУ ВШЭ с помощью магнитоэнцефалографии и МРТ исследовали, как люди хранят и обрабатывают временную и пространственную информацию в рабочей памяти. Эксперимент показал, что оперировать временем сложнее, чем пространством. Мозг тратит на обработку информации о времени больше ресурсов и вынужден кодировать информацию с помощью «пространственных» подсказок.

Работа опубликована в Journal of Cognitive Neuroscience. Рабочая память — это временное ментальное хранилище, которое имеет ограниченную вместимость и используется для немедленной обработки информации. Она играет ключевую роль в запоминании и использовании данных, в том числе о времени и пространстве, а также в логических рассуждениях и принятии решений.

С особенностями и расстройствами рабочей памяти связано множество дискомфортных ментальных состояний: дисграфия, дислексия, депрессия, обсессивно-компульсивное расстройство. Группа ученых из НИУ ВШЭ провела эксперимент для изучения деталей нейрональных механизмов обработки и хранения данных о времени и пространстве в рабочей памяти.

В исследовании участвовали 26 человек, равное количество мужчин и женщин. В ходе эксперимента они должны были запоминать пространственные и временные стимулы. Сначала участникам демонстрировали слова-подсказки, что именно им необходимо запомнить: «где» — место предъявления стимула или «когда» — последовательность. Затем каждому участнику показывали четыре изображения, последовательно появляющиеся в одном из четырех углов. Если была подсказка «где», необходимо было сказать, в каком из углов было показано то или иное изображение. Если «когда» — назвать, в каком порядке были показаны изображения. Во время эксперимента исследователи регистрировали активность мозга с помощью магнитоэнцефалографии (МЭГ).

Эксперимент показал, что участники одинаково хорошо решали задачи как на запоминание последовательности, так и на запоминание расположения. Однако анализ данных об активности мозга методом МЭГ выявил различия в способе хранения информации о времени и о пространстве. Для того чтобы участники так же хорошо помнили последовательность, как и расположение, требовались дополнительные усилия, что отражалось в активации определенных областей мозга — задней теменной доли в диапазоне бета-частот и передней прецентральной области в диапазоне тета-частот.

«Количество и интенсивность колебаний нейрональной активности в бета-диапазоне частот оказались более выраженными в теменной доле, что может указывать на перевод временной информации в пространственную форму. Мы предполагаем, что концепт времени настолько сложен, что человеческому мозгу требуются дополнительные пространственные “маяки” для обработки информации о времени в рабочей памяти», — объясняет Никита Отставнов, младший научный сотрудник Международной лаборатории социальной нейробиологии Института когнитивных нейронаук НИУ ВШЭ.

Электрическая активность характеризует нейрональную архитектуру — может возникать в одной зоне мозга, а может в нескольких зонах, когда эти зоны выполняют одну функцию. Ученые обнаружили, что для каждой из частот хранение информации о последовательности и пространстве имеет совершенно разную нейрональную архитектуру — связь между областями мозга. Например, в тета-диапазоне при хранении последовательности ученые увидели связь преимущественно задних отделов правого полушария либо между собой, либо с центральными отделами мозга в левом полушарии. При хранении информации о пространстве в тета-диапазоне мозг создавал нейрональные связи в передних отделах мозга, причем большинство таких связей были межполушарные.

Анализ такой связанной активности разных областей мозга показал различную организацию, количество и интенсивность связей между его частями при запоминании последовательностей и расположения фигур. Исследователи пришли к выводу, что хранение в рабочей памяти последовательности и расположения в пространстве — качественно разные процессы.

Результаты исследования могут помочь когнитивной реабилитации и лечению расстройств, связанных с рабочей памятью. Точно зная, какая область мозга отвечает за ту или иную функцию рабочей памяти, медики и ученые могут перейти к исследованиям направленной стимуляции конкретных областей мозга для облегчения симптомов расстройств. Исследование выполнено в рамках Программы фундаментальных исследований НИУ ВШЭ.