Внимание в человеческом мозге

Раз уж мы коснулись механизмов внимания в трансформерах, давайте теперь поговорим о механизмах внимания у нас с вами, как раз интересную статью нашла, даже две.

Первая статья – «The Attention System of the Human Brain» – вышла аж в 1990 году. Там авторы описывают саму систему, её компоненты и функции и интегрируют поведенческий, системный, клеточный и молекулярный подходы к изучению внимания. А в 2012 году авторы выпустили обновление своей публикации – «The Attention System of the Human Brain: 20 Years After». Почёт им и уважение за такую аккуратность и приверженность делу. Давайте сразу обсудим новую версию.

Важный момент: к финальному варианту статьи доступ закрыт, то, что можно прочитать бесплатно – авторская рукопись. То есть, в отредактированном варианте могут содержаться исправления, но, я полагаю, сутевая её часть не претерпела существенных изменений. Так что читаем что есть.

Толчком к созданию обновлённой версии послужило развитие инструментов визуализации всего, что происходит внутри нашей черепной коробки. В 1990 году данные в основном поступали от наблюдений за поведением здоровых людей и людей с разными формами черепномозговых травм. Такие методы, как компьютерная томография и магнитно-резонансная томография (КТ и МРТ) впервые были применены на практике в 1970-х годах. Потом потребовалось время на то, чтобы отточить технологию, получить результаты высокого качества и убедить научное сообщество в том, что эти новые штуки – не ерунда какая-то, а очень ценные и надёжные инструменты. Примерно тогда же появились первые устройства для позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ). Идеи, заложившие основу всех этих методов, появились раньше, но практической реализации пришлось подождать.

Короче говоря, в 1990 году большого количества снимков мозга не было, а в 2012 году было, и авторы этим воспользовались.

Их ключевая идея заключается в том, что механизмы внимания в человеческом мозгу сосредоточены в конкретных участках мозга и биологически отделены от тех участков мозга, которые осуществляют прочие функции. Более того, внимание – сложная система, которая состоит из нескольких нейросетей. Первые три авторы описали в своей работе 1990 года:

• Система приведения в готовность или возбуждения (alerting);
• Система ориентирования (orienting);
• Исполнительная система (executive).

Приведение в готовность

Точнее, но не очень изящно, было бы назвать её «система настораживания». Она отвечает за поддержание внимания при выполнении различных задач и реагирует на сигналы, поступающие из внешней среды. От её активности зависит скорость реакции на событие: например, в экспериментах можно людям сначала дать сигнал (звуковой или визуальный), а потом показать картинку или текст, на которых надо сосредоточиться. Предупреждающий сигнал приводит мозг в готовность, и время реакции на новый стимул сокращается.
Запуск системы готовности связан с выделением норадреналина. Лекарственные препараты, которые это выделение подавляют, затормаживают работу системы готовности и снижают скорость реакции.
Эксперименты показывают, что в значительной степени нейронные структуры, которые отвечают за работу системы готовности, расположены в левом полушарии мозга. Соответственно, травмы в левой части головы могут нарушить корректность её работы.

Система ориентирования

Эта система отвечает за расстановку приоритетов: на какой сигнал реагировать. У людей она в значительной степени опирается на зрительную информацию, но не только на неё: она получает данные и от других органов чувств, а также от участков мозга, которые занимаются переработкой полученных данных.
Её активность явно связана с активностью моторной системы, которая отвечает за быстрые движения глаз. Это, по всей видимости, две разные системы, которые тесно связаны, а не единая система, но надёжно их разделить пока не получается.
Интересно, что система ориентирования может активироваться ещё до появления цели, на которую нужно направить внимание. Здесь авторы не дают подробностей, но ссылаются на теорию нечестного соперничества (biased competition theory). Она о том, что сигналы от не относящихся к текущей деятельности стимулов подавляются. Наша нервная система не может одновременно сконцентрироваться на нескольких объектах, поэтому вынуждена «выбирать», на какой объект направить внимание в конкретный момент. Например, если участников эксперимента попросить называть появляющиеся на экране буквы, они могут не заметить появляющиеся там же огромные яркие неоновые цифры. Иногда такая концентрация даётся сложнее, иногда проще, но в целом у нас есть такая способность.

То есть, если мы ожидаем на экране букву, наша система внимания может уже быть заранее готова ухватиться за букву, даже если её ещё нет на экране.

Исполнительная система

Система готовности настраивает на выявление цели, система ориентирования её находит, а исполнительная система распознаёт. После того, как она активировалась, переключение на другую цель произойдёт уже медленнее.

Новые данные указывают на то, что исполнительных систем две, во всяком случае, у взрослых людей. То есть, процессы концентрации на цели и переключения с одной цели на другую могут управляться разными системами. Впрочем, это не единственная теория: авторы отмечают, что теория единой исполнительной системы тоже имеет много доказательств, и однозначного консенсуса пока нет.

Некоторые анатомические данные намекают на то, что у детей исполнительная система может быть одна, и она впоследствии разделяется на две в более взрослом возрасте.

Новые открытия

Более поздние работы изучали, например, самоконтроль (или саморегулирование – self-regulation). Один из самых известных экспериментов в этой области – тот, в котором людей просили назвать цвет, которым написано слово, и слово при этом обозначает другой цвет. Например, слово «красный», написано зелёным цветом или слово «синий», написано красным. Это задание требует сознательно подавлять яркий визуальный стимул и концентрироваться на тексте. edit: Наоборот, подавляем желание прочитать текст, концентрируемся на цвете.

Картинка заимствована из статьи РБК. Приведённое в конце статьи утверждение о том, что регулярная работа с такими упражнениями развивает мозг, сомнительно. Это хороший тест, но доказательств его эффективности для тренировки мозга я не нашла.

Самоконтроль у человека начинает отрастать лет с трёх примерно, и на его развитие нужно некоторое время.

Наконец, многие особенности внимания определены в нас генетически, но тренировка и обучение позволяют эффективно развить недостающее и компенсировать чрезмерное. На этой позитивной ноте сегодня и закончим, пожалуй.