Исследователи из Центра нейрологии и медицины Сидарс-Синай и отделения нейрохирургии обнаружили, как сигналы от группы нейронов в лобной доле мозга одновременно дают людям гибкость для изучения новых задач - и фокусируются на развитии специфических навыков.
Ключевым выводом исследования является то, что мозг использует одну и ту же группу нейронов для обратной связи по производительности во многих разных ситуациях - независимо от того, пытается ли человек впервые выполнить новую задачу или работает над совершенствованием определенного навыка.
"Часть волшебства человеческого мозга заключается в том, что он такой гибкий", - сказал Ули Рутишаузер, доктор философии, профессор нейрохирургии, неврологии и биомедицинских наук, директор Центра нейронных наук и медицины, председатель Совета управляющих по неврологии и старший автор исследования. "Мы разработали наше исследование, чтобы расшифровать, как мозг может обобщать и специализироваться одновременно, что имеет решающее значение для того, чтобы помочь нам достичь цели".
Мониторинг производительности - это внутренний сигнал, своего рода самогенерируемая обратная связь, которая позволяет человеку понять, что он допустил ошибку. Одним из примеров является человек, который понимает, что они проехали перекресток, где они должны были повернуть. Другой пример - человек, который что-то говорит в разговоре и сразу же понимает, что то, что он только что сказал, было неуместным.
"В этот момент "О, блин", в этот момент"Ой!" включается мониторинг производительности", - сказал Чжунчжэн Фу, доктор философии, научный сотрудник лаборатории Рутишаузера в Сидарс-Синай и первый автор исследования.
Эти сигналы помогают улучшить производительность при будущих попытках, передавая информацию в области мозга, которые регулируют эмоции, память, планирование и решение проблем. Мониторинг производительности также помогает мозгу настроить фокус, сигнализируя о том, какой конфликт или трудности возникли во время выполнения задачи.
"Таким образом, момент"Ой!" может побудить кого-то обратить более пристальное внимание в следующий раз, когда они будут болтать с другом или планируют зайти в магазин по дороге домой с работы", - сказал Фу.
Чтобы увидеть мониторинг производительности в действии, исследователи записали активность отдельных нейронов в медиальной лобной коре участников исследования. Участниками были пациенты с эпилепсией, которым в рамках их лечения имплантировали электроды в мозг, чтобы помочь определить фокус их припадков. В частности, этим пациентам были имплантированы электроды в медиальную лобную кору, область мозга, которая, как известно, играет центральную роль в мониторинге производительности.
Команда попросила участников выполнить два часто используемых когнитивных теста.
В задаче Струпа, которая противопоставляет чтение названию цвета, участники просматривали написанное название цвета, например "красный", напечатанное чернилами другого цвета, например зелеными, и их просили назвать цвет чернил, а не написанное слово.
"Это создает конфликт в мозге", - сказал Рутишаузер. "У вас есть десятилетия обучения чтению, но теперь ваша цель - подавить эту привычку к чтению и вместо этого назвать цвет чернил, которыми написано слово".
В другой задаче, задаче с несколькими источниками помех (MSIT), которая включает распознавание цифр, участники увидели на экране три цифры, две одинаковые, а другая уникальная - например, 1-2-2. Задача испытуемого состояла в том, чтобы нажать кнопку, связанную с уникальным номером - в данном случае "1", - сопротивляясь своей тенденции нажимать "2", потому что это число появляется дважды.
"Эти две задачи служат надежной проверкой того, как самоконтроль задействован в разных сценариях, включающих разные когнитивные области", - сказал Фу.
Структурированный ответ
Когда испытуемые выполняли эти задачи, исследователи отметили, что работают два разных типа нейронов. "Ошибочные" нейроны сильно активизировались после того, как была допущена ошибка, в то время как "конфликтные" нейроны активизировались в ответ на сложность задачи, которую только что выполнил испытуемый.
"Когда мы наблюдали за активностью нейронов в этой области мозга, нас удивило, что большинство из них становятся активными только после принятия решения или выполнения действия. Это указывает на то, что эта область мозга играет роль в оценке решений после факта, а не в их принятии ".
Существует два типа мониторинга производительности: общий и специфичный для конкретной области. Общий мониторинг производительности домена говорит нам, что что-то пошло не так, и может обнаружить ошибки в любом типе задач - ведет ли кто-то машину, ориентируется в социальной ситуации или впервые играет в Wordle. Это позволяет им выполнять новые задачи с небольшим количеством инструкций, чего не могут сделать машины.
"Машины можно обучить делать что-то действительно хорошо", - сказал Фу. "Вы можете создать робота для переворачивания гамбургеров, но он не сможет приспособить эти навыки для жарки пельменей. Люди, благодаря общему мониторингу производительности домена, могут ".
Мониторинг производительности в конкретной области сообщает человеку, допустившему ошибку, что пошло не так, выявляя конкретные ошибки - что он пропустил поворот, сказал что-то неуместное или выбрал неправильную букву в головоломке. Это один из способов, с помощью которого люди совершенствуют индивидуальные навыки.
Удивительно, но нейроны, передающие общую и специфическую информацию о домене, были смешаны в медиальной лобной коре.
"Раньше мы думали, что есть части мозга, предназначенные только для общего мониторинга производительности домена, а другие - только для конкретной области", - сказал Рутишаузер. "Наше исследование теперь показывает, что это не так. Мы узнали, что одна и та же группа нейронов может выполнять как общий, так и специфичный для конкретной области мониторинг производительности. Когда вы слушаете эти нейроны, вы можете считывать оба типа информации одновременно ".
По словам Рутишаузера, чтобы понять, как эти сигналы интерпретируются другими областями мозга, полезно думать о нейронах как о музыкантах в оркестре.
"Если все они играют наугад, слушатели - в данном случае области мозга, получающие сигналы, - просто слышат искаженный набор нот", - сказал Рутишаузер. "Но если они играют аранжированную композицию, можно четко услышать различные мелодии и гармонии даже при таком количестве инструментов - или нейронов, контролирующих производительность, - играющих одновременно".
Однако слишком много или слишком мало этой сигнализации может вызвать проблемы, сказал Рутишаузер.
Сверхактивный мониторинг производительности может проявляться как обсессивно-компульсивное расстройство, заставляющее человека навязчиво проверять наличие ошибок, которых не существует. Другой крайностью является шизофрения, при которой мониторинг производительности может быть недостаточно активным до такой степени, что человек не замечает ошибок или неуместности своих слов или действий.
"Мы считаем, что полученные нами механистические знания будут иметь решающее значение для совершенствования методов лечения этих разрушительных психических расстройств", - сказал Рутишаузер.