Почему мозг путается, когда правила меняются: новая разгадка когнитивной гибкости

Ученые из Чикагского университета под руководством Ченга Сюэ выяснили, почему при неопределенности правил выполнения задачи мозг начинает ошибаться: причина не в нехватке умственных ресурсов, а во взаимном влиянии нейронных представлений о разных признаках, когда нерелевантная информация мешает релевантной. Результаты исследования, объединившего эксперименты с людьми и обезьянами, нейрофизиологию и моделирование искусственных нейронных сетей, опубликованы в журнале Nature Neuroscience.

Наш мозг удивительный мыслящий инструмент, но стоит правилам игры внезапно поменяться, как мы начинаем путаться, замедляться и совершать ошибки. Это знакомо каждому: попробуйте переключиться с одной задачи на другую, и вы почувствуете, что концентрация куда-то пропала. Долгое время считалось, что причина в ограниченности наших умственных ресурсов, мол, мозгу просто не хватает сил удерживать все сразу. Однако новое исследование показывает, что дело обстоит иначе.

Ученый Ченг Сюэ, получивший образование физика, привык смотреть на мозг как на динамическую систему, которая постоянно подстраивается под окружающую среду. Его интуиция подсказывала, что характер и тайминг ошибок многое говорят о том, как мозг обрабатывает информацию. Чтобы проверить эту идею, его команда разработала эксперимент, в котором и люди, и обезьяны выполняли два разных визуальных задания. Участникам показывали изображения и просили сосредоточиться на одной их особенности, игнорируя другую. Правило, определяющее, какая особенность важна, менялось по ходу эксперимента, и в какой-то момент участники не знали наверняка, какое задание им предстоит выполнять. Как и ожидалось, в такой ситуации точность решений падала — и у людей, и у обезьян.

Чтобы понять, что происходит в мозге, исследователи пошли необычным путем. Сначала они обучили искусственную нейронную сеть не правильно решать задачу, а воспроизводить реальные выборы животных, включая их ошибки. Затем обучили вторую сеть выполнять те же задания безошибочно. Сравнив две модели, ученые смогли выдвинуть гипотезу: ошибки при неопределенности возникают из-за интерференции признаков. Иными словами, когда мы не уверены, какое правило действует, мозг продолжает удерживать информацию, которую следовало бы отбросить. Представления о разных характеристиках объекта не разделены идеально, они расположены под углом друг к другу, поэтому остаточная нерелевантная информация просачивается в релевантную и искажает решение в предсказуемом направлении.

Эту гипотезу проверили тремя способами. В поведенческих экспериментах с людьми оказалось, что при неуверенности в правиле участники лучше запоминали «ненужный» признак, и его ценность подталкивала выбор в определенную сторону. Анализ нейронной активности обезьян показал, что в первичной зрительной коре, самом раннем этапе обработки зрительной информации, сигналы, обычно передающие один признак, можно было прочитать как информацию о другом. Наконец, слабая стимуляция участка зрительной коры смещала оба суждения одновременно, именно так, как предсказывала модель.

Особенно интересно, что ошибки в условиях неопределенности не были случайными. Они следовали четкой закономерности, которую команда назвала интерференцией признаков. Это значит, что проблема не в нехватке силы воли или дисциплины, а в том, как устроены нейронные представления. Когда мозг не уверен, какое правило применимо, он склонен полагаться на неверную информацию, и это приводит к предсказуемым промахам.

Полученные результаты могут иметь важные последствия для понимания психических и нейродегенеративных заболеваний. Когнитивная гибкость, то есть способность адаптировать мышление и поведение к меняющимся обстоятельствам, постепенно снижается при болезни Альцгеймера, болезни Паркинсона, шизофрении или других расстройствах. Если каждое заболевание оставляет свой уникальный след в структуре ошибок, эти закономерности в конечном итоге могут помочь в ранней диагностике и более целенаправленном лечении.

Ученые планируют продолжить работу, сосредоточившись на том, могут ли модели ошибок служить своего рода «отпечатками пальцев» для конкретных расстройств. А пока есть и практический вывод: если вам трудно делать несколько дел сразу, это не недостаток характера. Возможно, лучше просто закончить одну задачу, сделать небольшой перерыв на что-то несложное и только потом браться за следующую.

В итоге исследование показало, что ошибки при неопределенности правил возникают не из-за нехватки умственных ресурсов, а из-за интерференции признаков: мозг удерживает нерелевантную информацию, и ее нейронные представления переплетаются с релевантными, искажая решения предсказуемым образом. Это подтвердилось поведенческими экспериментами, анализом нейронной активности и стимуляцией зрительной коры, а сами ошибки оказались не случайными, а следующими четкой закономерности.

Присоединяйтесь к нам в соцсетях