ВВЕДЕНИЕ В КОГНИТИВНЫЕ НЕЙРОНАУКИ. Глава 2. Концептуальная структура когнитивной нейронауки.

ВВЕДЕНИЕ В КОГНИТИВНЫЕ НЕЙРОНАУКИ. Из учебника МОЗГ. ПОЗНАНИЕ. РАЗУМ.
Электронная книга https://t.me/kudaidem/1879

Глава 2. Концептуальная структура когнитивной нейронауки.

Восприятие сенсорных стимулов может усиливаться при избирательном внимании.

Включение внимания может произойти по принципу «снизу вверх» («bottom-up»), когда сенсорный сигнал поступает на вход внезапно — при вспышке света, неожиданном звуке или невольном взгляде на чье-то лицо. Мы можем также переключать внимание произвольно, по принципу «сверху вниз» («top-down»), например, если вам предложат посмотреть или послушать что-то интересное.

Области коры, обеспечивающие зрительное внимание, в существенной мере перекрываются с зонами, которые управляют движениями глаз, между избирательным вниманием и сознательным восприятием существует тесная связь.

В высших отделах мозга находится центральное управление оперативной. Вначале центральное управление рассматривалось применительно к задаче научения. Однако по мере углубления сведений о лобных долях коры выяснилось, что их управляющее влияние распространяется на все аспекты произвольной деятельности. В описаниях функций этих центров коры нередко фигурирует метафора «генеральный директор».

Руководитель ориентирован на будущее и на достижение цели; чтобы добиться результата, он должен обладать гибкостью и адаптивностью. Именно эти характеристики личности зависят от префронтальной области коры больших полушарий человека.

Существует два вида «внутренних чувств» — вербального повторения и обработки зрительно-пространственной информации.

Сейчас считается, что термин вербальное повторение — это синоним понятия внутренняя речь. А именно в период бодрствования человек почти все время разговаривает сам с собой.

Автобиографические эпизоды, привычки после перехода в долговременную память становятся бессознательными.

Наш мозг обладает обширной перцептуальной памятью, т. е. человеку свойственны длительные изменения способности воспринимать окружающий мир. Например, новые возможности перцептуальной памяти могут быть задействованы, когда человек обучается различать музыкальные инструменты во время прослушивания новой песни. По мере того как ребенок растет, он начинает воспринимать звуки речи, постоянные зрительные объекты, различать лица и голоса — все это происходит благодаря перманентной перцептуальной памяти.

Опытные музыканты, у которых натренирована перцептуальная память по отношению к музыке, воспринимают больше аспектов музыкального произведения, чем новички.

Наконец, существует декларативное знание, т. е. способность человека вспоминать факты и мнения.

Для минимального срока сохранения информации необходим не только гиппокамп, но, по-видимому, вся область медиальной височной доли.

(Рис. 2.5)

Мгновенная память необходима даже при выполнении самых простых действий. Если вы не запомнили начало этого предложения, вы не сможете понять его конец. Чтобы прочитать предложение, нужно несколько секунд, следовательно, вы должны сохранить информацию в течение этого времени. Аналогичным образом, если информация, полученная при фиксации взора на одной точке, не сохранится в вашем мозге в течение всего периода сканирования остальной части зрительного поля, вы не сможете объединить отдельные элементы картины перед вашими глазами.

Мгновенная память участвует во всех сенсорных, двигательных и когнитивных функциях.

Есть данные также о существовании промежуточной памяти, продолжительность которой составляет несколько часов или дней, но не дольше: человек помнит, где он оставил свой велосипед, какие продукты предстоит купить на обед, как ориентироваться в новой среде, с кем и как он недавно общался.

Емкость кратковременной памяти (то, что мы способны мысленно повторить) равна примерно «семи элементам плюс-минус два».

Однако есть несколько условий.

Во-первых, сознательное восприятие каждого элемента должно происходить однократно; если это совершается много раз, информация переходит в долговременную память.

 Во-вторых, характеристики элемента не должны прогнозироваться исходя из уже имеющегося знания.

Если у нас нет возможности мысленно повторять элементы в кратковременной памяти, ее емкость падает с примерно семи элементов до менее четырех.

Еще одна ограниченная функциональная способность — избирательное внимание.

(рис.2.8)

В эксперименте испытуемый получал через наушники одновременно два канала речевой информации, которая различалась для одного и другого уха. Когда испытуемого просили «игнорировать» один из каналов и повторять поступающий текст без остановок, он слышал только другой канал. То же самое происходит, если, например, слушать новости сразу по двум радиоприемникам. При этом человек воспринимает текст только по одному каналу, хотя может улавливать звуки и по другому каналу.

Границы выполнения двойных задач.

Современные персональные технические устройства в принципе позволяют человеку в одно и то же время обучаться, слушать любимую музыку и говорить по сотовому телефону. К сожалению, при попытках выполнять одновременно несколько дел эффективность снижается тем быстрее, чем больше число задач.

Мы не способны параллельно осуществлять даже две сознательные задачи, например активно беседовать и управлять транспортным средством при интенсивном уличном движении. Если нет необходимости серьезно вникать в тему разговора, человек может в это же время вести автомобиль.

Однако, чем глубже наше сознание вовлечено в каждую из этих задач, тем значительнее конкуренция между их выполнением. Поэтому метод двойных задач нередко используется, чтобы оценить, в какой мере наши ограниченные способности задействованы в выполнении задачи. При повышении уровня когнитивных запросов в связи с одной из задач происходит соответствующее снижение эффективности выполнения второй задачи. Таким образом, метод двойных задач очень важен в когнитивных исследованиях.

Как мы справляемся с проблемой ограниченности своих функциональных способностей?

Есть по крайней мере два пути.

Первый — образование блоков информации, сжатие большого количества информации в единый организованный элемент.

Второй способ преодолеть ограниченность наших функциональных способностей — это практика, тренировка. Как известно, человек выполняет привычные задачи гораздо лучше, чем новые.

Практический опыт позволяет снизить функциональные затраты на выполнение задачи.

Но, максимальное число трудных задач, которые человек может выполнить в течение одного дня, является ограниченным.

Но, некоторые функциональные способности мозга имеют широкие границы.

Когда наше внимание привлечено чем-то новым или неожиданным, в мозге спустя десятые доли секунды возникает волна электрического возбуждения. Это так называемый «вызванный потенциал, связанный с событием».

Оперативная память — это комплекс психических процессов, посредством которых ограниченный объем информации удерживается в состоянии временной доступности для обслуживания когнитивной деятельности.

В мозге опытных музыкантов существует, очевидно, много приемов обработки нот и мелодий. Мысленно воспроизводить свои действия могут спортсмены, и это способствует улучшению их реальных результатов. Сейчас рассматриваются различные типы оперативной памяти — для движений глаз, эмоций и, может быть, даже для снов и фантазий.

Ваша способность думать на любую тему имеет ограничения. Поэтому можно говорить о «мыслительной оперативной памяти» («концептуальной оперативной памяти»), а также о зрительной или вербальной оперативной памяти.

Задача «n ходов назад» — одна из часто применяемых методик оценки оперативной памяти.

(Рис. 2.10)

Задача позволяет варьировать умственную нагрузку, и эти изменения отражаются на состоянии мозга. Задача требует усилий, хотя ее идея проста. В каждой серии стимулов испытуемый должен запомнить фигуру на последнем слайде — это очень легко. Однако после этого экспериментатор просит его вспомнить слово на втором слайде с конца, затем на третьем и т. д. Для этого испытуемому придется мысленно повторить n последних стимулов и выделить фигуру «n ходов назад» среди других стимулов, которые должны храниться в его оперативной памяти.

С помощью фМРТ было обнаружено повышение активности в коре мозга по мере увеличения числа обратных ходов.

(Рис. 2.11).

Люди не всегда могут отличить нечеткие зрительные изображения от собственных мысленных образов.

Такая фигура речи, как «внутренний глаз», на удивление точно соответствует реальности.

Поле зрения человека имеет определенные размеры и форму, которые легко продемонстрировать. Выберите объект в комнате, где вы сейчас находитесь, и фиксируйте на нем взгляд обоих глаз, не поворачивая головы; руки держите по обе стороны от головы на расстоянии от нее. Постепенно смещайте ваши руки с периферии в поле зрения до того момента, пока вы не увидите их; окажется, что горизонтальные пределы активного зрительного поля соответствуют примерно 120° зрительной дуги. Проделайте то же самое в вертикальном направлении. Вы увидите, что здесь диапазон зрительного поля окажется меньше половины горизонтального. Оперативное поле зрения имеет вид плоского овала, высота которого соответствует углу зрения примерно 45°, а ширина 120°.

Теперь закройте один глаз, а взгляд другого глаза фиксируйте на «точечной» мишени, например на одной букве в этой фразе. Поле зрения окажется значительно меньше, всего несколько градусов зрительной дуги, поскольку сейчас это фовеальное зрение.

Фовеа (fovea), или центральная ямка глаза, — маленькое углубление в центре сетчатки, которое имеет наиболее значительную плотность зрительных рецепторов и обеспечивает высокое зрительное разрешение. Через эту «замочную скважину» мы смотрим на окружающий мир, когда нужно получить особенно четкое изображение. Поле фовеального зрения соответствует примерно четырем градусам зрительной дуги.

4.3. Идентична ли внутренняя речь внешней речи?

При мысленном произнесении скороговорок человек страдает таким же косноязычием, как и при их озвучивании. Попробуйте, например, повторить про себя какую-нибудь скороговорку как можно быстрее. Вы заметили дефекты мысленной речи? Но ведь вам не приходится двигать своим «мысленным языком»! Мысленные образы могут служить очень эффективной тренировкой.

Во время воображаемых и физических действий работают одни и те же участки мозга.

«Внешним чувствам» соответствуют «внутренние чувства» (например, формирование зрительных образов и внутренняя речь)

(рис. 2.18).

Мысленное музицирование? «Внутренние чувства» не ограничиваются вербальными и зрительно-пространственными образами. Мы можем ощущать себя «мысленным музыкантом» или «мысленным спортсменом».

Результаты томографии мозга показывают, что, когда музыкант-любитель реально играет на инструменте, у него происходит более значительная активация двигательной и соматосенсорной коры, чем при «внутреннем музицировании». Однако в обеих ситуациях задействованы одни и те же области мозга.

Префронтальные области коры выполняют в мозге важную управляющую функцию. Эти структуры необходимы для произвольного контроля. Кроме того, они участвуют в эмоциях и сдерживают непроизвольные импульсивные реакции. 

(рис. 2.19).

Финеас Гейдж выжил после попадания в голову лома, и у него восстановилось большинство функций, но он потерял способность к целенаправленной деятельности и перестал контролировать свои импульсивные реакции. Эти изменения были настолько выраженными, что указывают на изменения личности.

Аналогичные явления наблюдались и в других случаях повреждения лобных долей.

Тестирование поражения лобных долей обычно проводится с помощью метода Струпа. Принцип теста заключается в том, что для испытуемого создается конфликт между смыслом слова и цветом обозначающих его букв. Например, слово «синий» может быть напечатано зелеными буквами. При этом испытуемый должен быстро назвать только цвет.

 (рис. 2.20).

Грамотный человек автоматически пытается прочитать слово, прежде чем назвать его цвет. Следовательно, требования теста противоречат многолетней привычке испытуемого. В префронтальной коре возникает конфликт, но здоровый человек обычно справляется с тестом, хотя по сравнению с контролем у него замедляется время реакции и он делает ошибки.

Пациенты с поражением лобных долей выполняют задачу гораздо хуже: больше ошибок, продолжительнее время реакции, сильнее субъективное ощущение невозможности справиться с задачей, фрустрация. Тест Струпа служит для выявления относительно слабых изменений в лобных долях, не замеченных при сканировании мозга.

Интересно, что если буквы в тесте Струпа перевернуты, вы будете называть цвет легче, быстрее и правильнее.

В экспериментах с визуализацией мозга сделано примечательное наблюдение: при выполнении многих разнообразных задач, требующих умственного напряжения, всегда «включаются» две области переднего мозга.

Во-первых, это дорсолатеральная префронтальная область коры в боковой части каждой лобной доли.

Важную роль в управлении выполняет также цингулярная кора — передняя поясная область коры, расположенная в каждом полушарии вдоль средней линии мозга.

Обе эти области активируются при выполнении теста Струпа, когда у испытуемого возникает конфликт между выработанным навыком (привычкой прочитывать слова) и новым требованием (называть цвет букв).

Такие термины, как «дорсолатеральный префронтальный», на первый взгляд смущают, однако понять их нетрудно.

Их можно сравнить с обозначениями на компасе: Север, Юг, Восток, Запад, Северо-Запад и т. д.

Применительно к мозгу человека «дорсальная часть» — «верхняя», «латеральная» — боковая, «медиальная» — расположенная по средней линии, «inferior» — нижний, «superior» — верхний.

Отсюда понятно, что означают сложные слова: «дорсолатеральная» кора — это «верхняя боковая» часть коры, «вентромедиальная» кора — «нижняя срединная» часть.

Обозначте соответствующие направления на каком-либо видимом объекте, например на изображении ботинка или автомобиля. Некоторые студенты предпочитают изображение пары ботинок по аналогии с левой и правой половинами коры мозга. У этих объектов четко различаются передняя, задняя, левая и правая стороны. Если вы используете вместо латинских терминов такие слова, как «передний, задний, верхний, нижний, срединный, боковой», вы без труда справитесь с анатомическими названиями, разделяя их на составные части.

Большинство нашей повседневной деятельности находится под смешанным произвольным и автоматическим управлением. Мозг постоянно переходит от автоматического управления к произвольному и наоборот.

В мозге существуют системы двойного управления. Например, улыбка бывает как намеренной, так и спонтанной.

В произвольных мышечных сокращениях больше участвует кора, а именно лобные доли.

Двойственный контроль характерен и для избирательного внимания: выбор объекта внимания может происходить произвольно (управляемо) или спонтанно.

5.2. Управляемое и спонтанное внимание.

 Вы можете специально обратить внимание на конкретное слово в этом предложении, но ваш взгляд может также время от времени на мгновение останавливаться на том же слове независимо от вашего намерения.

Пример спонтанного внимания — эффект зрительного «выхватывания».

(рис. 2.23).

Некоторые зрительные стимулы достигают сознания независимо от контролируемого произвольного поиска. Но если тот же стимул находится среди других аналогичных стимулов, эффект выхватывания не работает и нужен произвольный поиск.

Но, направленное внимание чаще ведет к сознательному опыту.

Когнитивная нейронаука выявила три фундаментальных принципа памяти:

 (1) Память — особая функция мозга, отличная от когнитивной деятельности мозга и от речи.

(2) Медиальная височная доля не является необходимой для кратковременной памяти.

(3) Область медиальной височной доли — не окончательное место хранения памяти.

Еще одно ключевое наблюдение состояло в том, что память — это не монолитная система.

Она складывается из подкатегорий, или подсистем.

Ученые сформулировали теории раздельных компонентов памяти.

Гиппокамп исходно вовлечен вместе с корой мозга в обеспечение долговременной памяти, однако эта его функция ослабевает с возрастом.

Во время сна между гиппокампом и корой мозга ведется диалог, в процессе которого информация переходит из кратковременной памяти в долговременную и постоянную.

Сегодня разработана общая теория иерархических систем долговременной памяти и структур мозга, обеспечивающих эти системы. Теория очень важна для объяснения человеческой памяти Под видео можно внимательнее посмотреть на эту схему.

(рис. 2.27- 2.28)


Проблема локализации долговременной памяти в мозге остается неразрешенной.

Вместе с тем накопились косвенные данные в пользу гипотезы консолидации, согласно которой хранение информации обеспечивается теми же областями мозга, которые управляют соответствующими функциями в конкретный момент.

Оперативная память изменчива, поскольку она зависит от динамических электрохимических процессов в крупных популяциях нейронов и в синапсах. Однако считается, что при повторении события повышается эффективность и увеличивается продолжительность существования синаптических соединений, участвующих в запоминании.

(рис. 2.29)

Консолидации памяти способствует крепкий ночной сон. Считается, что для долговременной памяти требуется синтез белков, благодаря которым повышается эффективность синаптических связей.

Если придерживаться гипотезы консолидации, то следует признать, что запоминаемая информация может храниться во многих областях мозга, между которыми образовались постоянные синаптические связи.

При этом предполагается, что задняя половина коры мозга обеспечивает сенсорную память, а передняя половина — исполнительную и двигательную память. Кроме того, в эпизодической памяти (запоминании сознательных событий) участвует гиппокампальная формация, тогда как подкорковые структуры (базальные ганглии и мозжечок) играют роль в двигательном научении. Эта гипотеза позволяет понять, каким образом мозг обеспечивает долговременную память.

(Рис. 2.30).

Гипотеза консолидации плодотворна, поскольку она обобщает результаты многочисленных наблюдений.

7.1. Является ли Оперативная память — результат активации постоянной памяти?

К этой проблеме можно подойти в свете представлений как о кратковременной, так и о долговременной памяти.

(табл. 2.3 Области мозга, которые, возможно, участвуют в когнитивной деятельности).

8.0. Заключение.

Исследования Брока и Вернике выявили центры речи в соответствующем полушарии мозга; эти центры участвуют и во внутренней речи (вербальном повторении).

Аналогичным образом в формирование зрительных образов вовлечена зрительная кора, а при «внутреннем звучании музыки» — области мозга, которые задействованы при реальном прослушивании музыки и игре на инструментах. Следовательно, для построения упрощенной схемы мы можем проводить параллели между явными и скрытыми когнитивными функциями.

Мгновенная память зависит, по-видимому, от медиальной височной доли, в состав которой входят гиппокамп и окружающие его структуры.

Согласно гипотезе консолидации, долговременная память обеспечивается благодаря прочному усилению активных межнейронных связей, которые образуются в результате текущей информации, удерживаемой в оперативной памяти.

Задняя половина коры мозга участвует в сенсорных процессах и, вероятно, в сенсорной (перцептивной) памяти.

Фронтальная кора обеспечивает моторную и управляющую функции, а также, видимо, долговременную память, необходимую для этих процессов. Однако мгновенную память можно рассматривать и с иной точки зрения — как извлечение информации из долговременной памяти в результате входа сигналов.

На практике понятие «оперативная память» относится к любому феномену кратковременной памяти продолжительностью порядка десятков секунд — период, в течение которого мы успеваем удержать информацию и обработать ее. Такому определению соответствуют удержание в памяти номера телефона в течение периода его набора, мысленные арифметические действия или выбор оптимального пути от одного места до другого.

На практике показателем «оперативной памяти» считается способность удерживать в памяти информацию о сигнале в течение нескольких секунд. Такое объяснение применимо к оперативной памяти для запахов и даже для преднамеренных движений глаз.

Для лучшего запоминания данной темы, Ответьте на вопросы

1. Какие области мозга участвуют в оперативной и в долговременной памяти? В зрительных образах и в воспроизведении пространственного плана местности?

2. Что такое внутренняя речь и как она связана с обычным познавательным процессом?

3. Сформулируйте понятия оперативной памяти, избирательного внимания, разных видов долговременной памяти.