Обсяг мозку і інтелект

alt = "Результат одночасного виконання двох завдань" height = "289" width = "420" / gt;

Результат одночасного виконання двох завдань

Крива на наведеному графіку показує результати одночасного виконання двох завдань⁶⁷. Наприклад, завдання А - читання газети, а завдання В - розмова за сніданком з цивільною дружиною або законною половиною. Якщо ви, наприклад, вирішите цілком зосередитися на газеті і проігнорувати спілкування з вашим партнером, то завдання А ви виконаєте на 100 відсотків (за визначенням), а завдання В не виконаєте зовсім. Якщо ви почнете все ж прислухатися до співрозмовника і давати якісь односкладові відповіді, ви трохи поліпшите свої показники, і вони стануть вище нуля, але в той же час читання газети, звичайно, сповільниться, і вам доведеться по кілька разів перечитувати абзаци і складні фрази . Результат по виконанню завдання А почне погіршуватися. Якщо ви відкладіть газету і приділіть вашому співрозмовнику вся увага, ви виконаєте завдання В на 100 відсотків, але завдання А залишиться невиконаним, і результат буде нульовим.

Як видно з графіка, виконуючи завдання А на 90 відсотків, ми можемо одночасно виконати завдання У майже на 44 відсотки. Несподівано обсяг робочої пам`яті збільшився на цілих 34 відсотки. Почасти це пояснюється тим, що ми швидко перемикається з одного завдання на інше, але при цьому витрачаємо більше часу і сил. Ми розплачуємося також тим, що використовуємо можливості нашої робочої пам`яті тільки на 90 відсотків, хоча могли б використовувати на всі 100. Якщо ви невпопад відповісте на питання, чи будете ви пити каву з молоком або без, або двічі прочитаєте одне і те ж повідомлення, це ще півбіди. Але явно не варто обговорювати, куди і як вигідніше вкласти накопичення, намагаючись при цьому осилити передовиці ранкових газет.

Існує думка, що жінки краще за чоловіків виконують різні завдання одночасно, і це пов`язано з більшою щільністю зв`язків нервових волокон між правою і лівою півкулями. Фраза про те, що «у жінки в голові широкосмуговий канал», стала розхожою. Це скоріше міф, який отримав особливу популярність саме в Швеції. Я перерив масу літератури, але мені не вдалося знайти жодного підтвердження того, що між чоловіками і жінками в цьому плані існують принципові відмінності. Я листувався з багатьма фахівцями, але не знайшов жодної відсилання до цього твердження і не зміг вирахувати, звідки пішов цей слух. Хоча те, що «мозолисте тіло» ( «corpus callosum») - провідник між двома півкулями, у чоловіків і жінок відрізняється за формою і за величиною, це факт. І все ж ніхто достовірно не знає, яке функціональне значення має ця особливість.

Водіння автомобіля і розмови по мобільнику

Важко дати наукове опис таким повсякденним заняттям, як прибирання, розмови або водіння машини. Кожен з нас робить це по-своєму, в залежності від конкретних умов і обставин. Звичайно, одна справа - вести машину по прямій рівній трасі в Норрланде, і зовсім інше - пробиратися по центру Стокгольма. Розмовляти теж можна по-різному: одна справа - просто перебувати в ролі пасивного слухача, і зовсім інша - вести інтелектуальну суперечку, що вимагає чималих когнітивних зусиль. Тому є сенс вивчати процес виконання одночасних дій під час водіння в лабораторних умовах. У лабораторії можна зімітувати водіння автомобіля, а також сформулювати специфічні когнітивні завдання, які треба буде виконувати одночасно з водінням.

Згідно з результатами одного американського дослідження, водійські навички не стануть гірше, якщо водій слухає радіо чи магнітофон⁶⁸. Зате завдання, що вимагають більшої розумової віддачі, такі як розмова на інтелектуальні теми, навпаки, заважають вести машину і призводять до того, що водій в два рази частіше проїжджає на червоне світло світлофора і повільніше реагує на зміни дорожньої ситуації.

Вчені Хокан Альм і Лена Нільссон (Лінчёпінг- ський університет, Швеція) вивчали вплив розмов по мобільному телефону на безпеку дорожнього руху⁶⁹. Вони прийшли до висновку, що одночасне водіння автомобіля і розмови по мобільнику негативно позначаються на безпеці руху і збільшують ризик дорожньо-транспортних пригод. Вони використовували автосимулятор у вигляді половини «Сааба 900» і проекційний екран замість лобового скла. Так імітувався ефект їзди по автомагістралі. Перед учасниками експерименту поставили єдине завдання: дотримуватися необхідну дистанцію по відношенню до їхала попереду машині і гальмувати, коли машина попереду гальмує. Спочатку виконувалася тільки це завдання. Потім додалася інша: учасники повинні були вести машину, одночасно запам`ятовуючи і повторюючи слова, які їм зачитували. Було відзначено, що реакція сповільнилася на півсекунди. Водії старше 60 років, у яких обсяг робочої пам`яті свідомо менше, показали ще більш плачевні результати: у них реакція сповільнилася на півтори секунди.

Таким чином, наші здатності виконувати декілька справ одночасно обмежені - в зв`язку з граничним обсягом робочої пам`яті. Далі в цій главі ми більш детально розглянемо області мозку, які беруть участь в цьому процесі. Але давайте спочатку поговоримо про те, як наша пам`ять протистоїть перешкод, оскільки в цьому процесі задіяні ті ж механізми, що і при одночасному виконанні двох дій.

«Ефект вечірки» та інші відволікаючі моменти

Отже, Лотта, сидячи в своєму офісі, читає звіт, а поруч хтось із колег каже по телефону. І вона мимоволі вслухається в розмову. Тим самим вона паралельно виконує два завдання. Якщо вона вирішить зосередитися тільки на читанні, абстрагуючись від телефонної розмови і інших перешкод ззовні, вся інформація, яка не має відношення до справи (наприклад, телефонна розмова її колеги), буде розцінена як відволікаюча, і Лотта спробує її проігнорувати.

Лондонські психологи Ніллі Лаві і Жан де Фоккерт вивчали співвідношення робочої пам`яті і відволікаючих чинників⁷⁰. У ряді своїх робіт вони прийшли до висновку, що коли ми виконуємо інтелектуальні завдання, що вимагають більшої зосередженості і більшого напруження, нас легше відвернути. Вони також стверджують, що наша стійкість залежить від ступеня активності тієї частини мозку, яка кодує перешкоди.

Едвард Фогель і його навчаючи група (університет Орегона, США), в статті, опублікованій в журналі «Природа» ( «Nature») в 2005 році, наводять дані, що вказують на те, що людям з більш розвиненою робочою пам`яттю легше не реагувати на відволікаючу інформацію<sup>71</sup>. Вони також зафіксували зміни електричної активності в тім`яній ділянці в залежності від кількості інформації, що зберігається в робочій пам`яті. За допомогою цієї техніки їм вдалося довести, що люди з менш розвиненою робочою пам`яттю Не будете звертати уваги потрібну і непотрібну інформацію. Інакше кажучи, їхня робоча пам`ять засмічується другорядними відомостями і займає місце, відведене для важливої інформації.

Як же відбувається ця фільтрація? Щоб відповісти на це питання, я і моя колега - Фіона Макнаб - провели наступний експеримент. Випробовувані вирішували одні й ті ж завдання на запам`ятовування, причому одній групі повідомили, що поряд з потрібною інформацією в задачах будуть і зайві, «відволікаючі відомості», які в одному випадку при відповіді слід проігнорувати, а в іншому взяти до уваги. Ми виявили, що у учасників, які отримали цю підказку, підвищилася мозкова активність в префронтальної корі, базальних гангліях - скупченнях нейронів, що залягають в глибині мозку. Чим вище була ця активність, тим швидше випробуваний виконував завдання, відсіваючи ліпшого. Отже, можна припустити, що названі ділянки мозку грають роль фільтрів для тимчасової пам`яті і її сховища, як свого роду «привратники». Скажу навіть більше: чим більш розвиненою у випробовуваних була робоча пам`ять, тим більше активності спостерігалося в цих областях.

Єні Гіссельгорд, Мартін Інгвар і інші вчені (Каролінський інститут, Швеція) вивчали процес запам`ятовування інформації в момент, коли людину відволікають сторонніми розмовами<sup>72</sup>. Виявилося, що в певних областях підвищується активність, що може означати компенсаторну реакцію робочої пам`яті, тоді як інші області знижують свою активність, що може означати її різке гальмування.

Добре відомий приклад з відволіканням - так званий «ефект вечірки». Коли навколо люди спілкуються один з одним, у вас є можливість зосередитися саме на ту людину, з яким ви розмовляєте. Ви направляєте на нього прожектор своєї уваги. Завдяки цьому ви фактично можете відфільтрувати всі інші розмови навколо вас. Але коли, наприклад, хтось у вас за спиною гукає вас, ви не можете не відволіктися, і тоді ваша увага перемикається з вашого співрозмовника на того, хто тільки що вимовив ваше ім`я. Цей приклад демонструє, що між системами довільного і мимовільного уваги існує взаємодія. Система довільного уваги направляє фокус на вашого співрозмовника, тоді як система мимовільної уваги змушує реагувати на інші стимули.

Порівняно недавно психологи виявили, що різні люди на вечірках поводяться по-різному: одні продовжують захоплено розмовляти навіть після того, як їх покликали, а приблизно третина відволікається⁷³. Виявилося, що різниця в поведінці пояснюється обсягом робочої пам`яті-люди з мінімальним об`ємом робочої пам`яті відволікаються частіше за інших. Це збігається з тим, про що вже я писав вище: робоча пам`ять потрібна нам для того, щоб привернути увагу. Коли в робочій пам`яті є вади, нам важко зосередитися, і ми відволікаємося на все підряд. Відволікаючі моменти і система мимовільної уваги беруть гору.

Чи вдасться Лотте відгородитися від зовнішнього світу, буде визначатися двома факторами: трудомісткістю завдання і кількістю перешкод. Трудомісткість завдання залежить як від обсягу інформації, яку їй треба утримати в робочій пам`яті, так і від ресурсів її робочої пам`яті.

На робочу пам`ять Лотти може впливати і те, в який вона зараз формі і в якому стані. Якщо у неї є дитина, який не дає їй спати ночами, від нестачі сну діяльність її робочої пам`яті тимчасово погіршиться, завдання здасться більш складною, і Лотту буде легше відвернути. Навантаження на робочу пам`ять може залежати, і від складності тексту - довгі речення і спеціальні терміни вимагають від робочої пам`яті більшої напруги.

Уявімо собі, що ми поклали на дві різні шальки терезів робочу пам`ять і перешкоди, щоб з`ясувати, як наша робоча пам`ять впорається із завданням. Якщо перешкод багато, робоча пам`ять повинна «попрацювати». Якщо робоча пам`ять перевантажена великою кількістю інформації, ми легше відволікаємося на зовнішні подразники.

Високий рівень перешкод, характерний для сучасного технологічного суспільства, пред`являє високі вимоги до нашої робочої пам`яті. Сучасні офіси напевно сприяють зближенню співробітників і зміцнюють дух корпоративності, але разом з тим пред`являють більш високі вимоги до нашої робочої пам`яті.

Як мозок справляється з двома завданнями одночасно?

І все ж - чому наш мозок іноді справляється, а іноді не справляється з двома завданнями одночасно? Багато психологів вважають: для одночасного виконання різних завдань потрібна додаткова функція. Цю функцію бере на себе «центральний виконавець» ( «the central executive»). Психолог Алан Бедделі називає цей модуль координатором робочої пам`яті. Але в якій області мозку знаходиться цей «центральний виконавець»?

Група вчених на чолі з Марком Д`Еспозіто вивчала випробовуваних, які спочатку виконували одне завдання, а потім два завдання одночасно<sup>74</sup>. З`ясувалося, що кілька областей, зокрема, в лобовій частці, активувалися, коли випробовувані виконували два завдання одночасно, і не активувалися, коли виконувалася одна задача. Вчені прийшли до висновку, що ці області можна умовно вважати неврологічним аналогом «центрального виконавця», особливого модуля, що регулює і координує активність роботи мозку.

Однак деякі вчені піддали критиці термін «центральний виконавець», оскільки він наводить на думку про якийсь чоловічка в мозку, такому гомункулі, який грає роль диригента. Тільки хто ж тоді диригує мозком цього маленького чоловічка, коли, наприклад, треба виконати дві дії одночасно, - ще один маленький чоловічок, який знаходиться в голові вже цього маленького чоловічка?

Але чому ж все-таки нам не завжди вдається виконати два завдання одночасно? Згідно з іншою гіпотезою, при виконанні двох завдань задіяна одна область мозку. Але виконання завдання майже ніколи не пов`язано з однією-єдиною областю мозку, а з цілою мережею областей. Уявімо, що у нас є дві мережі, А і В, яким одночасно потрібен доступ до однієї і тієї ж області, і між ними виникає конкуренція. Можливі два варіанти: або мережу А і мережу В будуть активізуватися поперемінно, і тоді ні в однієї з них не буде повного доступу до цієї області, або мережі активізуються одночасно, і тоді вони не будуть працювати в повну силу, тому що стануть заважати один одному .

Таким чином, існують дві різні гіпотези про те, як робоча пам`ять справляється з двома завданнями одночасно. Перша гіпотеза свідчить, що для одночасного виконання двох завдань потрібен додатковий, «вищестоящий» центр, який координує діяльність двох мереж, що беруть участь в цьому процесі. Але як в такому випадку пояснити, чому з двома завданнями ми справляємося гірше, ніж з одного? Можна припустити, що область X не ідеально виконує свою функцію координатора. Згідно з другою гіпотезою (гіпотеза часткового збігу), два завдання заважають один одному, оскільки звертаються одночасно до однієї і тієї ж області.

alt = "Як мозок справляється з двома завданнями одночасно" height = "164" width = "420" / gt;

Як мозок справляється з двома завданнями одночасно

Іншими словами, причину знову ж потрібно шукати в системі, яка відповідає за робочу пам`ять. Для перевірки цих гіпотез я і мої колеги провели таке дослідження. Випробовувані вирішували завдання - спочатку на перевірку візуальної пам`яті, потім - на перевірку слухової пам`яті, а потім обидва завдання одночасно.

Щоб перевірити обидві гіпотези, ми вимірювали мозковий кровотік. Ми не виявили ніякої додаткової області X, яка активізувалася б, коли виконувалися два завдання одночасно. Зате різні мережі частково перекривали один одного, що відповідає гіпотезі номер 2. Інше дослідження також показало, що чим сильніше перекриваються активні зони, тим більше вони заважають один одному⁷⁵.

Психологи часто використовують складний тест. Як правило, з ним добре справляються ті, хто виконував тести на розуміння прочитаного. Психолог зачитує фрази, на які потрібно відповісти ствердно чи негативно. Випробовувані також запам`ятовують останнє слово кожної фрази і відтворюють їх в кінці експерименту. Якщо ви чуєте:

· «Собаки вміють плавати»;

· «У жаб є вуха»;

· «Літак легший за повітря»;

· «У рук є коліна»;

· «Птахи вміють літати»,

то повинні відповісти «так» на перше питання і запам`ятати слово «плавати», потім відповісти «ні» на друге питання і зберегти в робочій пам`яті обидва слова - «плавати» і «вуха», і так далі. Коли ви будете утримувати в пам`яті п`ять різних слів і при цьому намагатися відповідати на питання, ви відчуєте, що ваша пам`ять вже на межі і не справляється з навантаженням.

У дослідженні, яке я проводив разом з Сільвією Банге (Стенфордський університет, Каліфорнія, США), ми давали піддослідним це завдання і вивчали активність мозку⁷⁶. Виявилося, що ніяка додаткова область і не активується при виконанні двох завдань одночасно. Звичайно, при одночасному виконанні лобова частка активується більше, але в процесі задіяні ті ж самі області, як і при виконанні одиночної завдання. Таким чином, наш експеримент свідчив проти першої гіпотези.

Група вчених Єльського університету повторила експеримент Марка Д`Еспозіто, але отримала інші результати<sup>77</sup>. Ніякої додаткової області виявлено не було. Але пізніше було проведено ще одне дослідження, яке ставило перед собою завдання знайти спеціальну область мозку, яка відповідала б за синхронне виконання більш складних завдань, де потрібно поєднувати завдання А з завданням В, одночасно утримуючи в робочій пам`яті інформацію щодо виконання обох завдань⁷⁸. Той факт, що активні області мозку частково збігаються, пояснює, чому дві одночасні завдання заважають один одному, незалежно від того, існує додаткова область чи ні.

Наскільки успішно ми справляємося з двома завданнями одночасно, багато в чому залежить від їх складності та від рівня навантаження на нашу робочу пам`ять. Часто ми справляємося з двома завданнями, якщо одна з них доведена до автоматизму. Наприклад, під час прогулянки ніщо не заважає нам міркувати про щось. Як правило, дії, що виконуються на «автопілоті», не вимагають активації лобової частки. Але наша робоча пам`ять не вміє вирішувати завдання на автопілоті, оскільки кодує будь-яку інформацію, що надходить, і при цьому активізуються лобова і тім`яна частки. Може бути, тому так важко одночасно виконувати два завдання, що вимагають участі робочої пам`яті.

Гіпотеза об`єднаної ємності

Через те, що «збігаються» області мозку частково «перекривають один одного», на шляху надходження потоку інформації утворюється свого роду «вузьке місце». Можна списати неможливість синхронного виконання декількох завдань на те, що деякі ділянки мозку мають обмежені ресурси.

В результаті різних психологічних експериментів ми переконалися в тому, що робоча пам`ять грає ключову роль - від неї залежить наша здатність виконувати відразу кілька завдань, а також протистояти перешкодам. У попередньому розділі ми простежили етапи розвитку робочої пам`яті в процесі дорослішання, відзначили, що робоча пам`ять відрізняється - у дорослих і у дітей, а також виявили ряд ключових областей - в інтрапаріетальной борозні і в лобовій долі.

Природно, існує безліч різних ситуацій, яких я не торкнувся в цьому розділі. Наприклад, ми не здатні реагувати на два різних стимулу, якщо вони впливають одночасно. Ми не можемо одночасно виконати дві складні завдання, що вимагають моторних реакцій. І цей фактор вже не має відношення до робочої пам`яті. І все-таки ми щодня вирішуємо завдання, що вимагають інтелектуальної віддачі, і їх неможливо виконати без участі робочої пам`яті. Виконання цих завдань залежить від двох різних чинників - обмеженості робочої пам`яті і обмеженості наших можливостей виконувати два завдання одночасно. У будь-якому випадку, вміння синхронно виконувати різні завдання і справлятися з відволікаючими факторами безпосередньо залежить від робочої пам`яті. Таким чином, в мозку кам`яного віку є «вузькі місця», і це саме ті області, які визначають нашу здатність справлятися з інформаційним потоком.

У наступному розділі ми проаналізуємо різні теорії, що пояснюють, звідки ми черпаємо свої ресурси. У зв`язку з цим особливо важливо зрозуміти, як наш інтелект кам`яного віку справляється з інформаційним потоком. І, може бути, самий парадоксальний питання полягає не в тому, чому наші здібності зберігати і обробляти інформацію обмежені, а чому ця здатність взагалі сформувалася. Наш комп`ютеризований інформаційний вік, здавалося, з лишком задіяв всі ресурси. Але той мозок, з яким ми з`явилися на світ, генетично мало чим відрізняється від мозку, з яким 40 тисяч років тому народжувалися кроманьйонці. Як таке може бути?

Список літератури

⁶⁷Діаграма взята з джерела: Posner, М. Chronometric explorations of mind. Hillsdale, NY: Erlbaum. 1978.
⁶⁸ Див. Американське дослідження про одночасне виконання завдань: Strayer, D.L. Johnston, W. A. Driven to distraction: dual-task studies of simulated driving and conversing on a cellular telephone. Psychological Sciences. 2001, 12: 462-466.
⁶⁹ Див. Шведське дослідження про одночасне виконан неніі завдань: Aim, Н. Nilsson, L. The effects of a mobile telephone task on driver behaviour in a car following situation. Accident Analysis and Prevention. 1995 року, 27: 707-715.
⁷⁰ Про робочу пам`яті і відволікаючих факторах см.: La- vie, N., Hirst, A., de Fockert, J .W. Viding, E. Load theory of selective attention and cognitive control. Journal of Experimental Psychology. 2004,133: 339-354. Коротку анотацію см.: Lavie, N. Distracted and confused? Selective attention under load. Trends in Cognitive Sciences. 2005,9: 75-82. Звіт про мозкової активності при відволікаючих факторах див .: de Fockert, J.W., Rees, G., Frith, С .D. Lavie, N. The role of working memory in visual selective attention. Science. 2001, 291: 1803-1806.
<sup>71</sup> Про обсяг робочої пам`яті і отвлекаемости див .: Vogel, Е. До., McCollough, A.W. Machizawa, M.G.Neural measures reveal individual differences in controlling access to working memory. Nature. 2005,438: 500-503.
⁷² Про вплив відволікаючих розмов на мозкову активність см .: Gisselgard, J., Petersson, До. М., Baddeley, A. In- gvar, M. The irrelevant speech effect: a PET study. Neuropsy- chologia. 2003 41: 1899-1911.
⁷³ Про обсяг робочої пам`яті і ефекті вечірки див .: Conway, A.R., Cowan, N. Bunting, M.F. The cocktail party phenomenon revisited: the importance of working memory capacity. Psychonomic Bulletin Review. 2001, 8: 331-335.
<sup>74</sup>Про функціональні магнітно-резонансна дослідженнях «центрального виконавця» див .: D `Esposito, М., Detre, J. A., Alsop, D. C., Shin, R. K., Atlas, S. Grossman, M. The neural basis of the central executive system of working memory. Nature. 1995 року, 378: 279-281.
⁷⁵Про двох альтернативних гіпотезах інтерференції під час симультанного виконання см .: Klingberg, Т. Roland, Р.Е. Interference between two concurrent tasks is associated with activation of overlapping fields in the cortex. Cognitive Brain Research. 1 997, 6: 1-8- Klingberg, T. Concurrent performance of two working memory tasks: potential mechanisms of interference. Cerebral Cortex, 1998, 8- Klingberg, T. Limitations in information processing in the human brain: neuroimaging of dual task performance and working memory tasks. Progress in Brain Research. 2000,126.
⁷⁶ Про функціональні магнітно-резонансна дослідженнях одночасного виконання завдань см.: Bunge, S., Klingberg, Т., Jacobsen, R. B. Gabrieli, J. D. E. A resource model of the neural substrates of executive working memory in humans. Proceedings of the National Academy of Sciences USA. 2000, 97: 3573-3578.
⁷⁷В іншому дослідженні не вдалося повторити результат Д`Еспозіто про спеціальну області при одночасному виконанні завдань, див .: Adcock, R.A., Constable, R. T., Gore, J.С. Goldman- Rakic, P. S. Functional neuroanatomy of executive processes involved in dual- task performance. Proceedings of the National Academy of Sciences USA. 2000, 97: 3567-3572.
⁷⁸Про дослідження, в якому була зафіксована мозкова активність, специфічна при одночасному виконанні: Koechlin, Е., Basso, G., Pietrini, P., Panzer, S. Graf- man, J. The role of the anterior prefrontal cortex in human cognition. Nature. 1999 року, 399: 148-151.

Торкель Клінгберг

Увага, тільки СЬОГОДНІ!