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).
Комментарии (18)
Mimizavr
10.04.2018 10:31Человек 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
Vladal
10.04.2018 10:35У 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.Anarions
10.04.2018 11:49По сути группировали запоминаемые объекты и снижали количество групп до указанных в статье 7+-2
ru1z
10.04.2018 11:29Этих 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.
CyberAndrew
10.04.2018 10:47Что 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?
saboteur_kiev
10.04.2018 15:29Вот 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».RomanoBruno
11.04.2018 02:11«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?
AVI-crak
10.04.2018 17:04Примечательно 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.CyberAndrew
10.04.2018 19:08Если 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.
aikixd
11.04.2018 10:37Люди 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.
ExplosiveZ
11.04.2018 06:34Осталось добавить внешний синхронизатор и сжечь мозг превысив физические лимиты по частоте ~_~, люблю науку.
yarric
Получается не стоит пытаться делать несколько дел одновременно?
Kelt_Rivera
cache miss'ы начинаются (:
vesper-bot
Больше похоже на ошибки сохранения состояния и таймауты на шине.
exehoo
Пытаться можно, но результат будет заметно хуже, чем при однозадачном режиме.