5. Мозг и магическое число семь

Сигналы и объем

Как с годами меняется мозг ребенка? И, в частности, какие процессы происходят с рабочей памятью? Чтобы ответить на эти вопросы, на протяжении последних нескольких лет моя группа в составе Хелены Вестерберг, Перниллы Олесен и Ханса Форссберга проводила исследования в Каролинском институте в Стокгольме. Мы использовали простые тесты — дети запоминали конфигурацию из точек, и пока они решали эту задачу, мы сканировали их мозг⁵⁵. Мы обнаружили, что у детей увеличилась активность специфических областей мозга — в теменной доле, а также в верхней и в передней части лобной доли. Наши выводы во многом совпали с выводами других ученых, которые ранее проводили аналогичные исследования.

⁵⁵ Об изменениях мозговой активности в детстве см.: Klingberg, Т., Forssberg, H. & Westerberg, H. Increased Brain Activity in Frontal and Parietal Cortex Underlies the Development of Visuo-spatial Working Memory Capacity During Childhood. Journal of Cognitive Neuroscience. 2002, 14:1-10. О процессах мозговой активности, а также миелинизации см.: Olesen, P. J., Nagy, Z., Westerberg, H. & Klingberg, Т. Combined analysis of DTI and fMRI data reveals a joint maturation of white and grey matter in a fronto-parietal network. Cognitive Brain Research. 2003,18: 48–57.

Теменная доля — довольно большая зона мозга. В медицине ее называют париетальной долей. Кора мозга в париетальной доле состоит из складок и образует интрапариетальную борозду (sulcus intraparietalis). Самые явные изменения мы наблюдали именно в коре головного мозга, как раз в этих складках. И именно в этом сегменте наши коллеги обнаружили очаг активности при выполнении задач на произвольное внимание.

Причем в зависимости от характера задач активность мозга в лобной доле менялась. Эти выводы подтвердили многие исследования. Когда, например, наряду с важной информацией испытуемым давали второстепенные отвлекающие сведения, увеличивалась активность передней части лобной доли⁵⁶. Таким образом, все эти три области отвечают за рабочую память: чем выше активность, чем лучше способность к запоминанию. Есть еще один способ определить ключевые структуры, ответственные за объем рабочей памяти. Вспомним кривую, приведенную во вступительной главе, которая обозначает пределы рабочей памяти.

⁵⁶ Об отвлекающих факторах см.: Olesen, P., Macoveanu, J., Tegner, J. & Klingberg, T. Brain activity related working memory and distraction in children and adults. Cerebral Cortex. 2006, Jun 26; [Epub ahead of print]. См. другие исследования развития визуально-пространственной памяти, которые подтверждают эти результаты: Kwon, H., Reiss, A.L. & Menon,V. Neural basis of protracted developmental changes in visuo-spatial working memory. Proceedings of the National Academy of Sciences in the United States of America. 2002, 99:13336-13341.

В 2004 году журнал «Природа» («Nature») опубликовал результаты двух исследований рабочей памяти⁵⁷. Участникам первого исследования предъявляли сначала 2, затем 4,6 и наконец 8 объектов. В роли объектов выступали маленькие круги, причем следовало запомнить и цвет круга, и место его расположения на экране. Постепенно результаты становились все хуже, точно так, как это показывает диаграмма. Затем активность мозга измерили с помощью функционального магнитно-резонансного томографа. Оказалось, что функционировала только одна-единственная область, как показано на диаграмме — в интрапариетальной борозде. В аналогичном опыте электрическую активность анализировали уже с помощью электроэнцефалограммы (ЭЭГ), и опять, как и на диаграмме, активизировалась область в интрапариетальной борозде⁵⁸.

⁵⁷ О функциональных магнитно-резонансных исследованиях объема мозга и теменной доли см.: Todd, J.J. & Marois, R. Capacity limit of visual short-term memory in human posterior parietal cortex. Nature. 2004,428:751–754.

⁵⁸ См. исследование электроэнцефалограммы, которое показало похожие результаты: Vogel, E.K. & Machizawa, M.G. Neural activity predicts individual differences in visual working memory capacity. Nature. 2004, 428:748–751.

Как же тогда обстоят дела с интеллектуальными способностями, ведь считалось, что они связаны с объемом рабочей памяти? В фундаментальном исследовании под руководством южнокорейского ученого Кун Хо Ли интеллект молодых людей измерили по матрицам Равена, а затем просканировали их мозг, когда они решали задачи на запоминание⁵⁹. Исследователи обнаружили, что чем лучше испытуемые справлялись с заданиями, тем выше была активность мозга в лобной и в теменной долях, и особенно в интрапариетальной борозде теменной доли⁶⁰. Именно эта зона мозга отвечает за развитие рабочей памяти в детстве, и этот факт подтвержден исследованиями моей группы, а также другими учеными.

⁵⁹ О корреляции между результатом матриц Равена и мозговой активностью см.: Lee, K.H., Choi,Y.Y., Gray, J.R., Cho, S.H., Chae, J.H., Lee, S. & Kim, K. Neural correlates of superior intelligence: stronger recruitment of posterior parietal cortex. Neuroimage. 2006, 29: 578–586.

⁶⁰ О корреляции между результатами матриц Равена и фронтальной и париетальной активностью при выполнении задач на рабочую память см.: Gray, J.R., Chabris, C.E & Braver, T.S. Neural mechanisms of general fluid intelligence. Nature Neuroscience. 2003, 6:316–322.

Многие исследования подтверждают, что области в теменной и лобной долях напрямую связаны с объемом нашей рабочей памяти. То есть не весь мозг, а лишь некоторые его сегменты участвуют в деятельности рабочей памяти. Причем это те самые области, которые, как мы уже знаем, активируются, когда рабочая память сохраняет полученную информацию и когда внимание направляется на заранее намеченную цель. Может быть, здесь и находятся ключевые структуры, или то «узкое бутылочное горло», которое ограничивает нашу способность воспринимать и сохранять информацию? То, что к этому причастна лобная доля, кстати, вполне объяснимо, поскольку многие исследования последних десятилетий доказывают: лобная доля непосредственно отвечает за наши активные когнитивные функции. Но о том, что теменная доля также играет важную роль в этом процессе, стало известно сравнительно недавно. Примечательно и то, что роль теменной доли однозначно подчеркивают различные исследования, использующие разные методы.

Может быть, не случайно мозг Эйнштейна выделяется именно развитостью теменных долей. Мозг Эйнштейна вполне обычен по весу и размеру, и по большинству своих характеристик является вполне «среднестатистическим». А вот теменная часть гораздо шире, чем у «обычных» людей⁶¹. К тому же левая теменная доля оказалась намного больше правой. Еще одна особенность, обратившая на себя внимание ученых, — борозда, разделяющая височную и теменную доли, чрезмерно увеличена и смещена вперед, что и объясняет расширение теменной доли.

⁶¹ Об исследовании мозга Альберта Эйнштейна см.: Witelson, S.E, Kigar, D.L. & Harvey, T The exceptional brain of Albert Einstein. Lancet. 1999, 353: 2149–2153.