Фільтрація відволікань може бути важливішою для мозку, аніж виділення важливої інформації.
Історія вивчення
Ми можемо відокремити розмову в гучній кімнаті, на тлі підвищення та зниження інших голосів чи гудіння кондиціонера. Ми можемо помітити набір ключів у морі безладу і єнота, що стрімголов кинувся під колеса нашого автомобіля. Навіть за умов великої кількості інформації, що впливає на наші органи почуттів, ми можемо зосередитись на тому, що важливо, і діяти відповідно до цього.
Процеси уваги – це спосіб, за допомогою якого мозок освітлює прожектором відповідний стимул та відфільтровує решту. Нейровчені хочуть визначити ланцюги, які спрямовують та забезпечують функціонування цього прожектора. Протягом десятиліть їхні дослідження оберталися навколо кори головного мозку, складної структури на зовнішній частині мозку, що зазвичай асоціюється з інтелектом та пізнанням вищого порядку. Стало зрозуміло, що активність у корі посилює обробку сенсорної інформації, щоб акцентувати предмет зацікавлення.
Але зараз деякі дослідники намагаються знайти інший підхід, вивчаючи, як мозок пригнічує інформацію, а не те, як він її доповнює. Їм вдалося виявити, що цей процес залучає більш далекі ділянки, що знаходяться набагато глибше в мозку – ділянки, які не часто досліджувались, коли йдеться про увагу.
Займаючись цим, вчені також почали робити маленькі кроки до кращого розуміння того, як тіло і розум – за допомогою автоматичних сенсорних переживань, фізичних рухів і свідомості вищого рівня – глибоко і нерозривно переплітаються.
Оскільки впродовж тривалого часу вважалося, що увага настільки хитромудро пов’язана зі свідомістю та іншими складними функціями, вчені припускали, що це в першу чергу коркове явище. Основний відхід від цієї лінії мислення відбувся в 1984 році, коли Френсіс Крик (Francis Crick), відомий своєю роботою над структурою ДНК, припустив, що прожектор уваги контролюється ділянкою в глибині мозку під назвою таламус, частини якої отримують дані від сенсорних доменів та подають інформацію в кору. Він розробив теорію, в якій сенсорний таламус діяв не тільки як ретрансляційна станція, але і як воротар – не просто як міст, а як сито – що зупиняє потік даних для встановлення певного рівня фокусу.
Минули десятиліття, і спроби виявити фактичний механізм виявилися менш плідними – не в останню чергу через те, як надзвичайно важко встановити методи дослідження уваги у лабораторних тварин.
Увага в лабораторних дослідженнях
Але це не зупинило Майкла Галассу (Michael Halassa), невролога з Інституту досліджень мозку МакГоверна в Массачусетському технологічному інституті. Він хотів визначити, як саме фільтруються вхідні сенсорні дані до того, як інформація дістається до кори, щоб чітко визначити точний ланцюг, про яку йдеться у роботі Крику.
Він звернув увагу на тонкий шар інгібіторних нейронів під назвою таламічне ретикулярне ядро (TRN), яке обволікає решту таламуса, як оболонка. На той час, коли Галасса був докторантом, він вже виявив певний рівень пропускання в тій області мозку: TRN, здавалося, пропускає вхідні сенсорні дані, коли тварина прокидається і уважно ставиться до чогось у навколишньому середовищі, але це пригнічує їх, коли тварина спала.
У 2015 році Галасса та його колеги виявили ще один, більш тонкий рівень пропускання, який ще більше залучував TRN як частину схеми Крику – цього разу фігурували тварини, які обирають, на чому слід зосередитися, коли їхня увага розподіляється між різними чуттєвими сприйняттями. У ході дослідження вчені використовували мишей, навчених бігати за миготливими світовими сигналами та зміною звукових тонів. Потім вони одночасно подавали тваринам суперечливі команди від вогнів та тонів, а також підказували, яким сигналом можна нехтувати. Відповіді мишей показали, наскільки ефективно вони зосереджували свою увагу. Протягом усього завдання дослідники використовували налагоджені методики для відключення активності в різних областях мозку, щоб побачити, що заважає продуктивності тварин.
Як і очікувалося, префронтальна кора, яка видає команди високого рівня іншим відділам мозку, мала вирішальне значення. Але команда також зауважила, що якщо випробування вимагає від мишей приділяти увагу зоровому образу, увімкнення нейронів у зоровому TRN заважало їх роботі. І коли ці нейрони замовкли, мишам було складніше звертати увагу на звук. Насправді, мережа перемикала ручки на інгібіторні процеси, а не на збуджуючі, при цьому TRN гальмувала інформацію, яку префронтальна кора вважала відволікаючою. Якщо миші потрібно було пріоритезувати слухову інформацію, префронтальна кора сказала зоровому TRN посилити свою активність для пригнічення зорового таламусу, приховавши невідповідні зорові дані.
Метафора прожектора уваги була зворотна: мозок не посилював освітлення предметів інтересу; він приглушав світло для всього іншого.
Незважаючи на успіх дослідження, вчені визнали проблему. Вони підтвердили здогадку Крику: префронтальна кора контролює фільтр по вхідній сенсорній інформації в таламусі. Але префронтальна кора не має жодного прямого зв’язку з сенсорними ділянками TRN. Якась частина ланцюга була відсутньою.
До цих пір. Галасса та його колеги нарешті зібрали усе до купи, і отримані результати багато чого розкривають про те, як нам слід підходити до вивчення уваги.
Мінлива увага
З допомогою завдань, подібних до тих, які вони використовували у 2015 році, команда досліджувала функціональний вплив різних областей мозку одна на одну, а також нейронні зв’язки між ними. Вони виявили, що повний ланцюг йде від префронтальної кори до набагато глибшої структури, яка називається базальною ганглією (часто асоціюється з руховим контролем та низкою інших функцій), потім до ТРН і таламуса, перш ніж нарешті повернутися до вищих коркових ділянок. Так, наприклад, коли візуальна інформація переходить від очей до зорового таламуса, вона може бути перехоплена майже негайно, якщо вона не відповідає даній задачі. Базальні ганглії можуть втручатися і активувати зоровий TRN, щоб викреслити сторонні подразники, відповідно до директиви префронтальної кори.
« – Це цікавий процес зворотного зв’язку, який, на мою думку, не був описаний раніше», – каже Річард Краузліс (Richard Krauzlis), невролог з Національного інституту очей при Національному інституті охорони здоров’я в штаті Меріленд, який не брав участі в цьому дослідженні.
Більш того, дослідники виявили, що механізм не просто відфільтровує одне почуття для привернути увагу до іншого: він також фільтрує інформацію у межах одного почуття. Коли дослідники намагалися звернути увагу мишей до певних звуків, TRN допомогла пригнічити невідповідний фоновий шум у слуховому сигналі. Вплив на сенсорну обробку «може бути набагато точнішим, ніж просто пригнічення цілої таламічної області за допомогою однієї сенсорної модальності, що є досить грубою формою пригнічення», – говорить Дуе Тадін (Duje Tadin ), невролог з університету Рочестера.
« – Ми часто нехтуємо тим, як ігноруємо менш важливі речі, – додає він. – І я думаю, що це більш ефективний спосіб поводження з інформацією».
Якщо ви перебуваєте в шумній кімнаті, ви можете спробувати підвищити голос, щоб бути почутим або ж ви можете спробувати усунути джерело шуму (Тадін вивчає подібне фонове пригнічення в інших процесах, які відбуваються швидше і автоматичніше, ніж вибіркова увага.)
Висновки Галасси свідчать, що мозок відкидає сторонні сприйняття (перцепції) раніше, ніж очікувалося. «
Що цікаво, – каже Ієн Фібелькорн (Ian Fiebelkorn), когнітивний невролог з Прінстона, – фільтрація починається саме на першому кроці, перш ніж інформація навіть досягне зорової кори».
Існує очевидна слабкість у мозговій стратегії відсіювання сенсорної інформації таким чином, а саме – небезпека того, що відкинуті сприйняття можуть бути несподівано важливими. Робота Фібелькорна говорить про те, що мозок має змогу захиститись від цих ризиків.
Коли люди замислюються над прожектором уваги, за словами Фібелкорна, вони думають про це як про стійкий, безперервно сяючий промінь, який освітлює те, куди тварина має направляти свої пізнавальні ресурси. Але «мої дослідження показують, що це неправда. Натомість, здається, що прожектор блимає».
Згідно з його висновками, фокус прожектора уваги стає слабкішим приблизно в чотири рази в секунду, імовірно, не допускаючи, щоб тварини залишалися надто зосередженими на одному місці чи предметі у своєму оточенні. Це дуже коротке пригнічення того, що важливо, надає іншим, периферійним подразникам непрямий поштовх, створюючи можливість для мозку переключити свою увагу на щось інше, якщо це необхідно.
« – Здається, що мозок призначений для того, щоб періодично відволікатися», – говорить він.
Багато цікавого попереду
Фібелькорн та його колеги, як і команда Галасси, також шукають підкіркові ділянки, щоб пояснити це призначення. Наразі вони вивчають роль ще однієї області таламуса, але планують вивчити базальні ганглії і в майбутньому.
Ці дослідження означають суттєвий зсув: колись процеси уваги розумілися лише як парафія кори. Але, за словами Краузліса, за останні п’ять років «стало трохи очевидніше, що під корою відбуваються певні речі».
« – Більшість людей хочуть, щоб кора головного мозку зробила усю важку працю за нас, але я не думаю, що це реально», – каже Джон Маунселл (John Maunsell), нейробіолог з університету Чикаго.
Насправді розкриття Галассою ролі базальних ганглій в процесі уваги є особливо захоплюючим. Частково тому, що це така давня область мозку, яку зазвичай не розглядають як частину вибіркової уваги.
« – Риба має її, – говорить Краузліс. – Повертаючись до самих ранніх хребетних, наприклад, до міноги, яка не має щелеп – або до неокортексу, – вони в основному мають просту форму базальних ганглій і деякі з цих же ланцюгів».
Нейронна мережа риби може запропонувати підказки про те, як розвивалася увага.
Галасса особливо зацікавлений тим, що зв’язок між увагою та базальними гангліями може виявити такі стани, як синдром дефіциту уваги і гіперактивності та аутизм, які часто проявляються як гіперчутливість до певних видів введення.
Але, мабуть, найбільш цікавим моментом щодо залучення базальних ганглій є те, що структура, як правило, асоціюється з руховим контролем, хоча дослідження все частіше залучають її до навчання, заснованого на винагороді, прийняття рішень та інших типів поведінки, що базуються на мотивації.
Завдяки дослідженням в лабораторії Галасса роль базальних ганглій тепер поширилася і на сенсорний контроль. Це підкреслює той факт, що увага дійсно стосується послідовного переходу від одного до іншого у правильному порядку, і впевненності, що ви не будете відволікатися на речі, на які не слід відволікатися.
« –Уявлення про те, що в цьому беруть участь моторні структури … є певним чином закономірним, адже вони повинні бути в основі процесу вирішення того, чому ви приділити увагу далі, на чому ви будете зосереджувати свої сенсорні ресурси на наступному».
Це відповідає загальному погляду на увагу та пізнання в цілому як процесів, заснованих на тому, що називають активним умовиводом. Мозок не пасивно відбирає інформацію з навколишнього середовища, а потім реагує на спостережувані зовнішні подразники. Відбувається і зворотний рух, коли такі, здавалося б, невеликі рухи тіла, як мерехтіння очей також керують сприйняттям.
« – Сенсорні та рухові системи «не працюють незалежно, вони еволюціонували разом», – пояснює Фібелькорн.
І тому ділянки руху не лише допомагають формувати вихідні дані (поведінка тварини); вони також допомагають формувати вхідні. Висновки Галасси надають подальшу підтримку цієї більш ініціативної ролі.
« – Сприйняття слугує дії, тому що ми повинні представляти світ, щоб діяти в ньому, – каже Хелін Шлагтер (Heleen Slagter), науковець, що займається питаннями пізнання в Університеті Амстердама. – Ми здебільшого вчимось сприймати навколишній світ через дію. Високий рівень взаємозв’язку з корою говорить про те, що, навіть поза увагою, ці підкіркові структури грають набагато важливішу роль у пізнанні вищого порядку, ніж вважається».
А це, в свою чергу, може дати підказки про те, як думати про свідомість, найбільш невловимий предмет неврології. Як свідчить дослідження Галасса та інші дослідження, «коли ми разглядаємо нейронні кореляти уваги, ми фактично певною мірою разглядаємо нейронні кореляти сприйняття, – говорить Моунсел. – Це частина загальної картини з точки зору розуміння того, як працює мозок».
Шлагтер зараз вивчає роль, яку можуть зіграти базальні ганглії у свідомості: «Ми відчуваємо світ не просто за допомогою своїх тіл, а завдяки своїм тілам. І мозок представляє світ для того, щоб свідомо діяти в ньому, – каже вона. – Тому я думаю, що свідомий досвід повинен бути тісно пов’язаний з діями, як і увага. Свідомість має бути орієнтована на дії».
ВАРТО ЧИТАТИ:
Джерело: TheAtlantic