Анатомия принятия решений: что такое рабочая память и можно ли ее улучшить

Когнитивные функции в повседневной жизни

Любое дело требует от нас включения когнитивных способностей. Работаете ли вы программистом, учителем в школе, пилотом самолета или ученым, для успешного выполнения любой деятельности необходимы внимание, восприятие, память и мышление. Однако каждая из этих когнитивных функций имеет свои особенности и подтипы.

Попробуем провести научно-популярный анализ простого дела, которое выполняет каждый из нас, — похода за продуктами. Ментально мы совершим путешествие в магазин и разберем этот процесс на когнитивные составляющие.

Мы приходим в магазин. Как правило, у нас есть определенный список продуктов (или приблизительное понимание того, что мы хотим купить).

Например, мы хотим купить яблоко. Так как мы взрослые люди, у нас в памяти уже хранится его образ: что это такое, как выглядит. Именно поэтому среди множества других фруктов мы можем найти яблоко. Если бы вместо нас в магазин пошел маленький ребенок, он мог бы не найти яблоко, так как в его памяти еще нет такой категории.

Читайте также

Такое изменчивое прошлое. Почему мы помним то, чего никогда не было

Итак, мы нашли яблоко. Теперь смотрим на его цену. Внутреннее ощущение говорит нам, что яблоко продается либо по очень выгодной цене, либо по завышенной. Чтобы понять, устраивает ли нас цена, мы вспоминаем некую среднюю цену, за которую привыкли брать этот фрукт. Сравнивая две цены, мы принимаем решение: брать яблоки или нет. При этом мы запоминаем примерную стоимость продукта, который берем, чтобы потом посчитать сумму, которую должны будем заплатить.

После выбора яблока мы идем к следующему прилавку и здесь выбираем, например, молоко. Весь описанный процесс повторяется. При этом к ориентировочной цене яблока прибавляется цена молока. Если яблоко стоит примерно 30 рублей, а молоко 70, то мы ожидаем, что на кассе заплатим примерно 100 рублей. Далее процесс повторяется с другими продуктами.

Интересно, что, пока мы выбираем, что купить, мозг тормозит всё ненужное (например, мысли о ситуации на работе или о задачах, которые нужно будет выполнить завтра). Он поддерживает нашу мотивацию и постоянно напоминает нам о цели нашего похода в магазин — поесть.

Подойдя к кассе и расплатившись, мы смотрим на чек. В голове мы сравниваем цифры в чеке с предполагаемой ценой в 100 рублей за два продукта. Далее вновь принимаем решение: «Всё верно, можно идти домой» или «Обманули. Пойду выяснять». После шопинга мы приходим домой, ужинаем и забываем обо всех мыслях, которые наполняли наш мозг в магазине. Таким образом, даже самое простое дело вроде похода в магазин требует включения целого ряда когнитивных функций. Попробуем разобраться в том, каких именно.

В 1986 году два американских ученых Ричард Аткинсон и Ричард Мартин Шиффрин выделили три типа памяти в зависимости от длительности сохранения воспоминаний: долговременную, кратковременную и сенсорную (ультракороткую).

Может быть интересно

Где хранится наша память, как можно картографировать мозг и почему внимание — это фикция

Сенсорная память — это память наших рецепторов. Она очень точная, но слишком краткая, чтобы как-то влиять на наше поведение.

Долговременная память — это вся та информация, которая хранится в нашей голове долго, возможно, всегда. Ряд исследователей предполагают, что мы запоминаем практически все моменты нашей жизни и с помощью гипноза их можно восстановить. Однако другие ученые утверждают, что со временем мы можем терять доступ к таким воспоминаниям. К долговременной памяти относят наше знание самих себя, своей биографии, различных теорий и концепций.

Кратковременная память — это промежуточная стадия, когда информация удерживается в голове, скажем, 20–30 секунд. В фильме Кристофера Нолана Memento у героя была антероградная амнезия: он запоминал всё, что происходит, но лишь на 20–30 секунд. Затем вся информация забывалась, так и не достигнув долговременной памяти.

В реальной жизни был похожий случай, когда пациенту Генри Молисону вырезали эпилептический очаг в гиппокампе, удалив и сам гиппокамп, и соседствующие структуры. С тех пор память Молисона ограничивалась лишь секундами, а долговременные воспоминания не формировались вовсе с момента операции (кроме моторной памяти). Он всю жизнь (82 года) считал, что ему 27 лет.

Что из вышеперечисленной информации и мыслей в момент шопинга вы храните в долговременной памяти? А что в кратковременной? Скорее всего, в долговременной памяти будет храниться понимание того, что есть яблоко и что из себя представляет молоко. Здесь же у вас находится интуитивное чувство цены — некая средняя цена, по которой вы привыкли брать продукт. Текущую цену вы будете сравнивать именно с ней и тогда сможете принять решение о покупке.

В кратковременной памяти мы храним список продуктов, которые хотим купить, причем в двух формах: отдельно — продукты, уже положенные в корзину, отдельно те, которые еще нужно взять. В кратковременной памяти также хранится суммарная цена товаров, которую мы затем сравниваем с ценой в чеке.

И здесь возникает вопрос: какая-то часть информации содержится в долговременной памяти (средняя цена), какая-то в кратковременной (текущая цена), а где же данные интегрируются? Где мы принимаем решение и анализируем всё то нагромождение информации, которое находится в нашей голове? Такое место выделили в человеческой психике и по аналогии с компьютером назвали его рабочей памятью.

Феномен рабочей памяти

Рабочая память, она же оперативная — это ментальное пространство в нашей памяти, куда мы складываем информацию, нужную для выполнения какой-то задачи здесь и сейчас. При этом всё, что находится в такой памяти, открыто для молниеносного доступа. К примеру, пока я пишу эту статью, в моей рабочей памяти находится план, по которому я ее пишу, источники, к которым обращаюсь, концепции, которые хранятся в долговременной памяти, но нужны для подготовки статьи в текущий момент.

Оперативную память можно сравнить с ментальным рабочим столом в голове. Каждый раз на нем оказывается какая-то информация, которую мы обрабатываем. Например, во время шопинга на нашем рабочем столе лежало несколько листов с информацией, которую необходимо было обработать: на одном листе бумаги была цена 30 рублей (за яблоко), на другом 70 рублей (за молоко). Посчитав сумму, мы как бы добавляем еще один лист, на котором сохраняем получившееся число, — 100 рублей. Получается, что на столе одновременно находятся все три числа.

Вместо чисел могут быть и другие типы информации: образ яблока и его название. Если мы читаем книгу, то речь будет идти об образах слов и их значениях. Если мы мечтаем об отпуске на Карибах, то образы пляжа и звуки моря будут соединяться друг с другом здесь же, в рабочей памяти.

Таким образом, рабочая память — то место, где происходит смысловая обработка информации. Здесь мы сравниваем, считаем, устанавливаем логические и смысловые связи.

Однако ментальный рабочей стол неидеален. Во-первых, оперативная память хранит информацию ограниченное время. Через какой-то промежуток ментальный рабочий стол словно переворачивается.

Затем возвращается в прежнее положение, но уже очистившись от всего ненужного. Теперь рабочая память готова принять другую информацию. Как правило, время хранения данных в рабочей памяти зависит от самой задачи, но оно редко превышает минуту. Если вы хотите хранить в ней информацию дольше, то можете начать повторять ее про себя, как номер телефона, когда пытаетесь его запомнить.

Иногда это повторение трудно остановить.

Например, известен такой феномен, как руминации — навязчивые мысли. Каждый сталкивался с ситуацией, когда какая-то мысль прокручивается в голове вновь и вновь и мы не можем ее остановить. Как правило, это негативные мысли, вызывающие соответствующие эмоции.

Например, если мы поссорились с близким человеком, то начинаем мысленно вспоминать эту ситуацию раз за разом. И мысли словно поддерживают эмоциональное возбуждение. В итоге они захламляют нашу рабочую память. Из-за этого мы не можем нормально сконцентрироваться и выполнить то, что нужно, — у нас просто не остается когнитивного ресурса.

Вы когда-нибудь видели бесконечный стол? Вторая особенность рабочей памяти заключается в том, что она не бесконечна по объему, как любой стол — по размеру. Точный ее объем никто сказать не может. Джордж Миллер, проанализировав в 1956 году множество экспериментов на запоминание десятичных и бинарных чисел, а также слов и деталей изображений, установил, что мы способны в один момент времени держать в памяти лишь 7 элементов (+/-2) информации (усредненная цифра!). Это известное магическое число Миллера.

Позднее Нельсон Кован, известный исследователь памяти, пришел к выводу, что цифра 7 завышена. Он получил данные о том, что мы можем одновременно держать в рабочей памяти лишь 4–5 элементов информации.

Основное, что нужно знать об объеме информации в рабочей памяти, так это то, что она, судя по всему, непритязательна к типу данных. Вернемся к нашему примеру со столом: на нем вместо листов бумаги на самом деле стоят 7 лотков для бумаги, куда вы можете положить всё что угодно — одну букву, одну цифру, предложение, историю, книгу, концепцию, теорию и т. д. Умелую комбинацию информации в единый смысловой блок, который помещается в один лоток, активно использует мнемотехника. Такой прием называется chunking — объединение информации в смысловые фрагменты. Мы часто используем chunking, например, запоминая номер телефона. Слова — тоже пример такого объединения, когда разные буквы приобретают смысл.

Как только задача выполнена, информация о ней исчезает из рабочей памяти: часть ее забывается, а часть переходит в долговременную память. Место в рабочей памяти сразу же занимает другая информация, релевантная новой задаче. То есть по аналогии с компьютерами происходит обновление информации.

Благодаря рабочей памяти мы с вами можем говорить (потому что нужно помнить и одновременно формулировать мысли), читать, считать, программировать, даже фантазировать! Вся информация, необходимая для каждого из этих процессов, хранится именно в рабочей памяти. Таким образом,

оперативная память влияет на фундаментальные процессы нашей жизнедеятельности. Поэтому получается, что, имея слабую рабочую память, человек в принципе живет хуже!

И это действительно так. В многочисленных исследованиях ученые показали, что объем рабочей памяти отличается у разных людей (и даже у одного человека в зависимости от времени дня, возраста).

Ее маленький объем связывают с трудностями в обучении и жизни в целом. Считается, что качество жизни людей с небольшим объемом оперативной памяти ниже.

Некоторые ученые объясняют малым объемом рабочей памяти проблемы детей с СДВГ (синдром дефицита внимания и гиперактивности) — таким детям очень трудно усидеть на месте и сфокусироваться на чем-либо.

Важно понимать разницу между кратковременной и рабочей памятью. Первая необходима для хранения информации, она не участвует в обработке. Кратковременная память — как транзитный логистический пункт. Вторая необходима для обработки данных, и в этом заключается ее главная функция. Еще одно отличие в том, что кратковременная память хранит информацию в целостном виде, а рабочая разделяет на компоненты: аудиальный и визуальный.

Структура рабочей памяти

Алан Бэддели — британский психолог, самый известный исследователь рабочей памяти. Он изучал ее, используя простые тесты на запоминание. Например, так называемый тест на запоминание цифр (digit span): вам называют несколько цифр, вы должны их повторить. Если вы повторили правильно, количество цифр увеличивается на одну и тест повторяется. Он прекращается в тот момент, когда вы как минимум трижды не смогли вспомнить какое-то число. Эта задача сама по себе проверяет кратковременную память. Чтобы проверить рабочую память, ученые просят респондентов вспоминать цифры в обратном порядке. Задача становится более сложной, но и более интересной.

Другой вариант — тест на пространственную память (spatial span). В этом случае испытуемому показывают поле, разделенное на несколько ячеек. В какой-то момент в одной ячейке появляется цветная точка, затем она появляется в другой ячейке и т. д. То есть возникает некая последовательность из точек, которую необходимо запомнить и повторить в обратном порядке. При правильном ответе последовательность также удлиняется.

Бэддели объединил эти две парадигмы в один эксперимент и представил так называемую двойную задачу (dual-task). Участник должен был выполнять оба упражнения одновременно.

В результате выяснилось, что если одновременно давать человеку две задачи на символьную память, то он с ними не справляется — одна задача мешает другой. То же самое происходило с задачами на пространственную память. Однако если дать одновременно пространственную и символьную задачи, участник эксперимента вполне успешно справится с обеими.

Читайте также

Марихуана и память: почему травка травке рознь и как не стать забывчивым укурком

Бэддели сделал вывод, что рабочая память состоит из компонентов. Первый — фонологическая петля. «Фоно» с греческого переводится как «звук». Этот компонент отвечает за вербальную и звуковую информацию. Второй компонент — пространственно-визуальный блокнот. Он отвечает за обработку любых данных, связанных с расположением, размером, формой объекта.

Информация в этих компонентах обрабатывается независимо и параллельно. Затем она поступает в третий компонент — центральный процессор. Именно благодаря ему мы способны обрабатывать информацию и контролировать наше внимание.

Позднее Бэддели выделил четвертый компонент — эпизодический буфер. Ученый предположил, что его функцией может быть перевод информации из разных модальностей на единый язык, которым в дальнейшем пользуется центральный процессор. Если провести аналогию с компьютером, можно сказать, что аудиофайлы хранятся в формате MP3, а изображения — в JPEG. Чтобы объединить их, эпизодический буфер приводит оба формата к единому коду. Также именно в эпизодическом буфере мы добавляем в нашу рабочую память воспоминания из долговременной памяти: например, образ яблока, молока, среднюю цену. Далее эпизодический буфер передает всю информацию в центральный процессор.

Нейроанатомия рабочей памяти

Для проверки модели многокомпонентности рабочей памяти, предложенной Бэддели, достаточно поместить человека в МРТ-сканер и дать ему тесты на пространственную память и на запоминание цифр. Ученые, разумеется, сделали это.

Практически для каждого из тестов на рабочую память (а их гораздо больше, чем описано в статье) ученые обнаруживали активацию префронтальной коры мозга. Это передняя лобная доля мозга, которая в науке ассоциируется с сознательным контролем нашей деятельности. Отсюда возникает догадка: если префронтальная кора активна, когда мы в сознании, то, может быть, рабочая память — это и есть сознание? Или по крайней мере его часть? Если так, то наша память в текущий момент может стать ответом на вопрос: что же такое сознание? Однако данная научная дискуссия еще не завершена и ответ не найден.

Так как префронтальная кора активируется чаще всего, это может указывать на то, что она отвечает за работу центрального процессора — главного компонента рабочей памяти.

Ученые также обнаружили, что правое полушарие мозга сильнее активируется при обработке пространственно-визуальной информации, а левое — при обработке пространственной и вербальной.

Позднее Тор Вагер и Эдвард Смит показали, что если мы запоминаем упорядоченную информацию, то активируется не только префронтальная, но и теменная кора. Эта же доля мозга активируется в тот момент, когда нам необходимо контролировать наше внимание. Выходит, внимание может быть частью рабочей памяти. Мозг может контролировать внимание, фокусируясь на важной информации, которая содержится в разных его зонах. А затем эта информация поступает в префронтальную кору для обработки. В таком случае теменную кору можно приравнять к эпизодическому буферу.

По итогам многочисленных исследований ученые сделали вывод, что нет единой зоны мозга, ответственной за рабочую память. Есть разные участки, которые активируются при разных задачах, некоторые — чаще, некоторые — реже. И активируются они совместно с какими-то другими. Обобщая результаты, ученые постулировали, что важна не какая-то конкретная зона в мозге, а нейронная сеть, объединяющая целый ряд областей. Для рабочей памяти такая сеть включает префронтальную и теменную кору. Отсюда ее название — префронтально-теменная сеть.

Зная локализацию рабочей памяти в мозге, а также понимая тот факт, что чем больше ее объем, тем выше качество жизни, ученые пытаются найти способы воздействовать на мозг, чтобы повысить когнитивную эффективность.

В науке и образовании выделяются два основных пути влияния на объем рабочей памяти, хотя бы на короткое время. Первый путь — улучшать рабочую память с помощью «когнитивного тренинга». Для этого ученые разрабатывают специальные задачи и тренируют память, словно мышцы в тренажерном зале. Зачастую специальными задачами являются те, которые используются для проверки объема рабочей памяти.

Второй путь называют нейроразгонкой. Для нее используются технологии, которые уже показали себя как надежный способ влиять на головной мозг (в случае депрессий, например). Одна из таких технологий — стимулирование мозга слабым постоянным или переменным электрическим током, то есть транскраниальная стимуляция. Было проведено множество исследований, которые показали положительное влияние данного метода на эффективность решения задач для рабочей памяти. Суть экспериментов сводилась к тому, что на голову участников крепили электроды и через них подавали слабый ток к конкретной зоне мозга. Для рабочей памяти это теменная и префронтальная кора.

Однако в научных журналах можно найти и множество статей о том, что в результате использования данной технологии улучшения не были зафиксированы.

Ученые сходятся во мнении, что результаты зависят от параметров стимулирования и конкретного участника эксперимента.

Зачем увеличивать объем вашей рабочей памяти, если она и так максимальна? Значительно проще увеличить ее объем у пациентов с проблемами.

Рабочая память у человека и животных

Люди — самый интеллектуальный вид на Земле. По крайней мере так думает само человечество. Мы создаем произведения искусств, строим города и покоряем космос. Что позволяет нам так эффективно использовать свой мозг? Рабочая память?

Может быть интересно

Заставить мозг учиться: как использовать нейробиологию на практике

Ученые проверили данную гипотезу, сравнив рабочую память человека и эволюционно наиболее близких к нам животных — шимпанзе.

Обученные воспроизводить числовой ряд шимпанзе при выполнении задачи, где им показывали последовательность чисел в разных местах экрана, могли воспроизвести с помощью рабочей памяти стимулы на несколько процентов точнее, чем люди, решающие ту же задачу.

Позднее ученые из Университета Макса Планка в Германии продемонстрировали сходства между рабочей памятью шимпанзе и человека: самые успешные шимпанзе запомнили как минимум четыре элемента (как и человек), одна молодая особь — более семи. Результаты были получены при выполнении задачи на поиск пищи в нескольких непрозрачных коробках. Шимпанзе сперва видели, куда экспериментаторы прячут еду. Через некоторое время они могли начать поиск, указывая на коробки в определенном порядке. Если в выбранной коробке находилась еда, обезьяна получала ее.

Люди обычно хуже справляются с тестами на рабочую память, если им нужно что-то делать параллельно (то есть присутствует задача-дистрактор). Точно так же снижалась и производительность шимпанзе, если им приходилось выполнять вторую аналогичную задачу в тот же момент времени.

Наиболее очевидное различие между шимпанзе и человеком заключалось не в объеме рабочей памяти, а в стратегиях поиска информации: шимпанзе перебирает варианты, а человек рассуждает.

Судя по таким исследованиям, глобальной разницы в рабочей памяти животных и людей нет. А это значит, что концепция рабочей памяти не способна объяснить наше интеллектуальное превосходство. В данном случае вопрос заключается не в объеме оперативной памяти, а в том, как мы с ней работаем, какие стратегии используем для организации информации и ее обработки.

Резюмируя, стоит сказать, что рабочая память — это подтип памяти в целом, в котором происходит обработка информации. Ее функционирование крайне важно для нашей жизни, оно определяет наше эмоциональное и интеллектуальное состояние. Возможно, рабочая память — это часть сознания и ключ к его изучению. Но доказательств этому наука пока не нашла. Рабочую память можно и нужно улучшать, и ученые активно ищут способы для этого. Одним из ключей к пониманию феномена рабочей памяти являются проблемы и болезни, вызванные тем, что эта память работает неправильно. Таким неприятным симптомам и их последствиям мы посвятим отдельную статью, где предложим некоторые методы их профилактики.