При перегрузке рабочей памяти у человека нарушается синхронизация между тремя отделами мозга


    Корковая архитектура в соответствии с канонической моделью нейронного микроконтура в коре головного мозга примата. Четыре типа нейронов (звёздчатые нейроны, поверхностные и глубокие пирамидальные нейроны и тормозные интернейроны) соединяются возбуждающими (красные) и тормозящими (чёрные) соединениями. Такой набор нейронов и соединений мотивирован анатомическими и теоретическими соображениями в пользу канонической модели

    Человек способен одновременно удерживать в рабочей памяти ограниченное количество объектов. Объём рабочей памяти напрямую связан с когнитивной способностью, которая снижается при неврологических заболеваниях и психических расстройствах. Учёные уже несколько десятилетий изучают, как загрузка рабочей памяти влияет на обработку нейронных сигналов в мозге. Они пытаются понять, почему у рабочей памяти такой небольшой объём. И почему когнитивные способности резко падают, если загрузить рабочую память сверх положенного.

    Исследования загрузки рабочей памяти и её ограничений были сосредоточены на координации деятельности в лобно-теменной сети. Известно, что она играет важную роль в рабочей памяти. Эти исследования предсказывали пределы пропускной способности рабочей памяти, измеряя уровень сетевой интеграции (то есть как разные части лобно-теменной сети связаны вместе) и синхронизации работы этих частей по активности мозговых волн в гамма-диапазоне. Последние исследования выявили, что зрительная рабочая память работает независимо для двух зрительных полуполей (hemifields) — левого (LFP) и правого (RFP), и что изменения нагрузки оказывают различное влияние на колебательную динамику различных частот.

    Сейчас исследователи из Института обучения и памяти Пикауэра при Массачусетском технологическом институте вплотную приблизились к объяснению, почему когнитивные способности снижаются при перегрузке рабочей памяти. Они обнаружили, что в этом случае нарушается сопряжение, то есть синхронизация мозговых волн трёх ключевых регионов.

    Учёные разработали крупномасштабную теоретическую модель корковой сети, которая состоит из префронтальной коры (PFC), глазных полей лобной коры (FEF) и боковой внутрипаритетной области (LIP). Это расширенная версия предыдущей модели, основанной на предиктивном кодировании, но только здесь для определения изменений в нейронных связях, которые лежат в основе изменений спектральной мощности на разных частотах, используются отклики кросс-спектральной плотности (Cross Spectral Density, CSD).


    Крупномасштабная каноническая модель нейронного микроконтура

    Новая модель позволила определить, как зависящие от нагрузки эффекты влияют на функциональную связность с резкими изменениями нейронной связности при превышении ёмкости рабочей памяти и разрушении сигналов прогнозирования.

    «Когда вы достигаете максимальной ёмкости [рабочей памяти], то происходит потеря связи обратной связи», — объясняет профессор Эрл Миллер (Earl Miller), соавтор научной работы. Такая потеря синхронизации означает, что три региона (PFC, FEF и LIP) больше не могут взаимодействовать друг с другом для поддержания рабочей памяти: префронтальная кора PFC прекращает давать обратную связь в FEF и LIP. После определённого уровня нагрузки на мозг низкочастотные сигналы между PFC, FEF и LIP рассинхронизируются — и рабочая память больше не функционирует.

    Проведённый эксперимент подтвердил предыдущее открытие, что объём рабочей памяти независим для левого и правого полуполей.

    Среднее количество объектов, которые можно удерживать в зрительной рабочей памяти, варьируется у разных людей, но обычно составляет четыре объекта, говорит профессор. Объём рабочей памяти человека обычно ассоциируется с уровнем интеллекта.

    Сделав ряд научных открытий по функционированию мозга и рабочей памяти человека, авторы исследования Эрл Миллер и Тимоти Бушман основали коммерческую компанию SplitSage, которая разраьбатывает программы для тестирования интеллектуальных способностей человека и объёма его рабочей памяти. В будущем такие программы могут войти в стандартный набор тестов для работников умственного труда.

    Научная статья опубликована 28 марта 2018 года в журнале Cerebral Cortex (doi: 10.1093/cercor/bhy065).
    Ads
    AdBlock has stolen the banner, but banners are not teeth — they will be back

    More

    Comments 20

      0

      Получается не стоит пытаться делать несколько дел одновременно?

        +4
        cache miss'ы начинаются (:
          0
          Больше похоже на ошибки сохранения состояния и таймауты на шине.
          0
          Пытаться можно, но результат будет заметно хуже, чем при однозадачном режиме.
          0
          Человек способен одновременно удерживать в рабочей памяти ограниченное количество объектов.

          «Магическое число семь плюс-минус два» («кошелёк Миллера») — закономерность, обнаруженная американским учёным-психологом Джорджем Миллером, согласно которой кратковременная человеческая память, как правило, не может запомнить и повторить более 7 ± 2 элементов. Эта закономерность была изложена в его работе The Magical Number Seven, Plus or Minus Two: Some Limits on our Capacity for Processing Information, увидевшей свет в 1956 году в журнале Psychological Review.
          ссылка на вики
            0
            У нас между школами были соревнования. Один из конкурсов — запомнить 40 или 50 слов и повторить их в том же порядке.
            При подготовке к этому конкурсу заучивали матрицу из слов, а затем ассоциировали называемые ведущим слова с этой матрицей.
              0
              По сути группировали запоминаемые объекты и снижали количество групп до указанных в статье 7+-2
                +1
                Не надо путать оперативную и долговременную память. Заучивание — это долговременная память. Кратковременная — тебе назвали телефон знакомого, ты его на 5 сек запомнил, записал на смартфон и забыл.
              0
              Этих магических цифр уже несколько, т.е. это дискуссионный момент (как минимум для различных путей восприятия информации или ее типа), например на англ. вики называется номер 4±, как пересмотренный вариант магического числа. Поэтому лучше оставить ссылку на nature.
              +6

              Что имеется в виду под "перегрузкой"? Насильное истощение мозга чрезмерной пропускной способностью? Длительная нагрузка? Превышение объема?


              И как на практике выражается рассинхронизация трех областей мозга? Человек тупеет? Превращается в овоща? Очень быстро устает?


              И когда произойдет восстановление? После сна? После длительного отдыха в несколько дней? После отмирания нейронов, когда мозг не решает задачи, требующие большой нагрузки на рабочую память?

                +1
                Вот сразу интересный вопрос.

                Если специально тренировать удержание в голове большого количества объектов:

                a) Мозг не сможет адаптироваться в силу «хардварных ограничений»?
                b) Мозг адаптируется и будет удерживать больше чем 4 объекта и на этом все?
                с) Мозг адаптируется и автоматически увеличится интеллект?
                d) Мозг адаптируется удерживать больше 4 объектов, но при этом поломается другой функционал?

                p.s. 4 объекта взяты чисто условно. Имеется ввиду кол-во объектов, котороми конкретный мозг оперировал до «тренировки».
                  0
                  «Среднее количество объектов, которые можно удерживать в зрительной рабочей памяти, варьируется у разных людей, но обычно составляет четыре объекта, говорит профессор.»

                  «среднее количество регистров у человека — семь»

                  интересно — это об одном и том же или о разном?
                    0
                    Может быть, объем данных из зрительной памяти занимает два регистра.
                  0
                  Примечательно что животные (собаки например) не умеют считать предметы, для них просто не существует такого понятия. В место этого они запоминают каждый объект отдельно, и кучку объектов как один элемент. Для каждого элемента выделяется место под хранение ощущения уникального запаха, формы, цвета и эмоций связанных с этим предметом.

                  А теперь нужно вспомнить, что некоторых собак всё-же научили считать выше 10. А это означает что они способны одновременно запоминать более 10 предметов.

                  В принципе, человек тоже животное. Технология кнута и пряника творит чудеса. Другое дело что такой подход не слишком гуманный.
                    +1

                    Если человек умеет считать до 100 (например, сосчитать количество игрушек в комнате), это не означает, что он может одновременно запоминать 100 предметов. Особенно, если они выстроены в ряд, а не в разнобой.

                      +1
                      Люди умеют считать из-за языка. То есть мы знаем концепцию. Однако если вы можете представить себе сто шариков, представить сто отдельных шариков нельзя. В этом плане мы такие же собаки.
                        0
                        Это, кстати, не очевидно. Как человек, работавший с простейшими графическими движками, я, кажется, могу легко себе представить большое количество отдельных шариков, сложенных в виде сетки на плоскости, отличающихся друг от друга цветом (например, за счёт градиентного перехода слева направо).
                      0

                      Да, самое интересное, в т.ч. и по вопросам в комментариях, не озвучено.

                        0
                        Осталось добавить внешний синхронизатор и сжечь мозг превысив физические лимиты по частоте ~_~, люблю науку.
                          0
                          осталось добавить мозгу HIMEM.SYS

                        Only users with full accounts can post comments. Log in, please.