Мозг как навигатор: память о движениях работает как карта с дорожками между узлами

Фото: PHAG

Учёные из Йельского университета выяснили, что мозг хранит связь между увиденным и необходимым действием не просто как сухую информацию, а в виде чего-то похожего на граф. Это значит, что разные элементы — например, цвет или форма — связаны между собой как точки на карте, и мозг строит «дороги» между ними. Когда получает сигнал, он проходит по ним и без труда принимает правильное решение. В эксперименте участвовали 182 человека. Им показывали геометрические фигуры разного цвета и просили быстро нажимать определённые клавиши. Некоторые связи были логичными, а другие — рандомными. И вот что интересно: те, у кого система была логичной, гораздо быстрее нажимали нужные кнопки, словно мозг действительно пользовался «графом». Нейронная сеть в голове пробегала по узлам и сразу понимала, куда свернуть.

Учёные замеряли, сколько времени занимает реакция, и сравнивали со временем базовой реакции. Отсюда они выяснили, насколько мозг тратит ресурсы именно на поиск в памяти этого графа. Более короткий путь — быстрее ответ. А это значит, структурированная память работает эффективнее.

На одном из этапов участников попросили нажимать клавиши быстрее, чем обычно — в условиях давления. И даже тогда связь оставалась. То есть граф увиденного и действия не исчезал под «стрессом», он продолжал работать. Даже после нескольких дней практики связь не распадалась.

Авторы работы объясняют так: если структуры памяти действительно упорядочены, мозг использует их при планировании движений. До этого такие идеи обсуждали только для фактов и знаний. Граф, вероятно, лежит в основе не только того, как мы запоминаем факты, но и того, как действуем. Если мы теперь понимаем, как мозг планирует движения, можно развивать технологии для обучения и реабилитации.

Скоро появятся исследования, в которых проверят, работает ли это в жизни, а не только в лаборатории. Например, когда человек изучает сложные движения — в спорте или на работе, где моторика важна. Возможно, эффективность обучения будет зависеть от того, насколько понятен граф связей. Также интересно, как связано с другими способностями: память, внимание. Скорее всего, все они основаны на похожих принципах хранения и поиска. Может, одно открытие раскроет многое другое, и мы узнаем, что и эмоции, и языки, и даже социальные связи можно описать графами, а мозг — это универсальный «транспорт» по ним.

И хотя пока в эксперименте участвовали здоровые взрослые, можно задуматься о людях с моторными нарушениями. Если у них этот граф «сломался», то можно придумать упражнения, восстанавливающие его. Или интерфейсы, которые помогут связывать видимое и действие более явно, обходя слабые связи.

Учёные пояснили, что когда люди учились логичным картам, «переход» между двумя узлами происходил быстрее, чем при случайных. Это значит, мозг выбирал прямой маршрут, а не пробовал все варианты. Также отмечено, что структура памяти сохранялась спустя время. То есть, однажды выработав граф, мозг хранит его и в следующий раз может использовать снова. Это похоже на навык. Тот же принцип, что и при езде на велосипеде: один раз выучил, и навсегда запомнил.