Торкель Клингберг - Перегруженный мозг. Информационный поток и пределы рабочей памяти

Точно так же рабочая память используется для того, чтобы хранить в памяти промежуточные итоги, когда нам приходится решать логические задачи. Например, «если идет дождь, то лужайка становится мокрой. Если лужайка мокрая, можем ли мы из этого факта заключить, что шел дождь?» Для решения подобных задач требуется доступ к информации, сохраненной в рабочей памяти. Профессор психологии Алан Бэддели предлагает следующее определение рабочей памяти:

Под термином «рабочая память» подразумевается система, которая может сохранять и обрабатывать информацию, необходимую для выполнения сложных когнитивных задач, таких как чтение, обучение и логическое мышление[34].

Матрицы Равена

На диаграмме показан один из тестов, часто используемый психологами с целью оценить общие интеллектуальные способности человека. Эта методика применяется уже в течение многих десятилетий и называется матрицами Равена[35].

Данный тест представляет собой трехстрочную и трехколонную матрицу символов, где в нижнем правом углу отсутствует один символ. Испытуемый должен догадаться, по какому принципу расположены символы — от ряда к ряду и от колонки к колонке. Найдя закономерность, он сумеет ответить на вопрос, какой символ должен находиться на пустом месте, выбрав один из предложенных ответов.

Оказывается, наша способность решать подобные задачи более всего зависит от того, какое количество информации мы способны сохранить в рабочей памяти. Одна из самых цитируемых статей на эту тему «Объем рабочей памяти определяет наш интеллектуальный уровень?», автор которой — немецкий психолог Хайнц-Мартин Зюс. После ряда исследований он пришел к выводу: «В настоящее время объем рабочей памяти — самый точный индикатор интеллекта, об этом свидетельствуют теоретические выкладки и практические исследования когнитивных возможностей человека»[36].

Психолог Рэндалл Энгл из Технологического института Джорджии (штат Атланта, США) также считает, что между рабочей памятью и способностью решать разные задачи (или, точнее, общим уровнем интеллекта, которому будет посвящена глава «Эффект Флинна») существует непосредственная связь. Связь между объемом рабочей памяти и общим уровнем интеллекта прослеживается в разных тестах. В одной из обзорных статей предлагается принять за коррелят соотношение 0,6 и 0,8 (где 0 — полное отсутствие корреляции, а 1 — абсолютный показатель)[37]. Если мы согласимся с этим соотношением, то следует признать: некоторые испытуемые успешно справляются с разными задачами (сформулированными, например, в матрицах Равена), а другие показывают результаты вдвое хуже. И этот феномен объясняется разным объемом памяти.

Почему рабочая память играет такую важную роль в процессе решения задач? На этот счет существуют разные точки зрения[38]. Для того чтобы правильно ответить на вопросы, сформулированные в матрицах Равена, нам приходится, как и в математических задачах, сохранять в рабочей памяти визуальную информацию, сортировать и перерабатывать ее, а также запоминать команды. Мы также должны контролировать наше внимание.

Согласно Рэндаллу Энглу, особенно важно частичное совпадение рабочей памяти и контроля внимания. Мы должны помнить, на чем нам следует сконцентрироваться.

Из предыдущей главы мы усвоили, что способность сохранять информацию играет базовую роль в решении широкого диапазона интеллектуальных задач. Рабочая память используется для того, чтобы контролировать внимание, запоминать и извлекать из памяти команды, выбирать — какие задачи следует решить сейчас, а какие, более сложные, отложить на потом.

Рабочая память имеет ограниченный объем, именно поэтому наша способность обрабатывать информацию и решать задачи имеет ограниченный диапазон. Одна из самых серьезных проблем, с которой мы сталкиваемся в наш век информационного прорыва, — ограниченный объем нашей рабочей памяти. Так что прежде всего нам нужно понять, каким образом сохраняется информация и удастся ли нам преодолеть эти ограничения.

Исследовательница Патриция Голдман-Ракич (Йельский университет, США) на протяжении многих лет изучала процессы мозговой деятельности и механизмы рабочей памяти и в числе прочего разрабатывала методику точечных тестов. Она и ее коллеги регистрировали активность нейронов в разных областях мозга у обезьян, чтобы выяснить, как действует механизм рабочей памяти[39]. Выяснилось, что нейроны выключаются, как только инициирован ответ. Это был весьма трудоемкий процесс. К оборудованию подключили усилители и микрофоны. И тогда ученые услышали сигналы электрической активности нейронов — пощелкивание и потрескивание. Эту звуковую карту следовало расшифровать, и задача оказалась не из легких. Однако Патриции Голдман-Ракич удалось охарактеризовать некоторые паттерны.

Примечательно, что активность некоторых нейронов проявлялась именно в тот момент, когда информация сохранялась в рабочей памяти. Нейроны начинали активизироваться тогда, когда обезьяна устремляла свой взгляд на точку, которую ей следовало запомнить. Нервные импульсы поступали от нейронов даже после того, как точка исчезала, и до того момента, пока обезьяна переводила свой взгляд на то место, которое запомнила. Подобная активность была названа активностью специфического периода ожидания. Если процесс непрерывной активности прерывался, то обезьяна не могла сохранить информацию. Основная часть нейронов с подобного типа активностью находится в лобной доле, меньшая часть — в теменной.

Согласно теории, выдвинутой Патрицией Голдман-Ракич и ее коллегами, информация сохраняется в рабочей памяти благодаря особым нейронам, находящимся в состоянии непрерывной активности. Этот процесс отличается от процесса кодирования информации в долговременной памяти. Связи между нейронами перманентно усиливаются, это требует времени и синтеза новой порции белков.

Кодирование информации в рабочей памяти — куда более динамичный процесс. Это оперативный способ сохранения информации, поскольку электрическая активность нервной системы длится всего несколько миллисекунд. Однако это — самый уязвимый способ, поскольку процесс запоминания прекращается, когда обрывается сеть.

Теперь вернемся к вопросу об определении разных типов памяти. Чтобы не путаться с терминологией и охарактеризовать специфику функций, которые определяют, что происходит в мозге, нам следует определить рабочую память как «способность сохранять информацию в активном состоянии в течение короткого периода, базирующуюся на непрерывной активности нейронов в лобной доле».

Возьмем хотя бы предыдущий пример с автостоянкой, когда мы паркуем машину, чтобы купить пакет молока. Информацию о том, где мы запарковали машину, мы сохраняем в долговременной памяти. Нейроны в лобной доле не участвуют в кодировании информации о местоположении автомобиля, так что пока мы ходим по магазину, эта информация нам не понадобится.

Благодаря компьютерному моделированию можно наблюдать, как происходит процесс активации и как информация сохраняется в памяти путем взаимной активации нейронов

Но когда мы ищем молоко в магазине, мы обращаемся за подсказкой к рабочей памяти. Эта информация находится в режиме онлайн, иными словами, она постоянно хранится в нашем сознании.

Мы не знаем досконально, каким образом нейронам удается сохранять свою активность на протяжении всего периода. На этот счет существует гипотеза — есть рекуррентные петли, то есть сети из нейронов, которые сохраняют состояние активности путем обмена импульсами. В последние годы ученые, исследующие эти механизмы, добились успехов благодаря методу компьютерного моделирования.

Компьютерные модели воспроизводят процесс активизации отдельных нейронов[40]. Виртуальные нейроны связываются друг с другом, образуя сеть. Затем исследователи изучают, при каких условиях возникает и поддерживается состояние активности. Выясняется, что необходим баланс между процессами стимуляции и торможения. Чрезмерное торможение приводит к тому, что нейронная активность обнуляется, соответственно, теряется и сохраненная информация. И напротив, чрезмерная активность приводит к виртуальной эпилепсии мозга.

В 1990-е годы знания о функционировании рабочей памяти начали активно пополняться, когда благодаря методу позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ) ученые получили возможность измерять уровень мозгового кровотока, в то время как испытуемые решали задачи, за которые отвечает рабочая память. Наблюдая за процессом активизации лобной доли, ученые пришли к тем же выводам, что и исследователи функции лобной доли у обезьян и травм лобной доли у людей.