Исследователи из Центра нейробиологии и медицины Cedars-Sinai и Департамента нейрохирургии обнаружили, как сигналы от группы нейронов в лобной доле мозга одновременно дают людям гибкость для изучения новых задач и позволяют сосредоточиться на развитии узкоспециализированных навыков. Их исследование, опубликованное сегодня в рецензируемом журнале Science, обеспечивает фундаментальное понимание мониторинга производительности — исполнительной функции, используемой для управления повседневной жизнью.

Ключевой вывод исследования заключается в том, что мозг использует одну и ту же группу нейронов для обратной связи в различных ситуациях — независимо от того, пытается ли человек выполнить новую задачу в первый раз или работает над совершенствованием определенного навыка.

«Часть магии человеческого мозга заключается в том, что он такой гибкий», — сказал Ули Рутисхаузер, доктор философии, профессор нейрохирургии, неврологии и биомедицинских наук, директор Центра неврологических наук и медицины, Совет управляющих. Заведующий кафедрой неврологии и старший автор исследования. «Мы разработали наше исследование, чтобы расшифровать, как мозг может одновременно обобщать и специализироваться, и то, и другое имеет решающее значение для достижения цели».

Мониторинг производительности — это внутренний сигнал, своего рода самогенерируемая обратная связь, которая позволяет человеку понять, что он совершил ошибку. Одним из примеров является человек, который понимает, что проехал перекресток, где должен был повернуть. Другим примером является человек, который говорит что-то в разговоре и понимает, как только слова слетают с его губ, что то, что он только что сказал, было неуместным.

«Этот момент« О, стреляй », этот« Упс! момент, когда начинается мониторинг производительности», — сказал Чжунчжэн Фу, доктор философии, научный сотрудник лаборатории Рутисхаузера в Cedars-Sinai и первый автор исследования.

Эти сигналы помогают повысить производительность при будущих попытках, передавая информацию в области мозга, которые регулируют эмоции, память, планирование и решение проблем. Мониторинг производительности также помогает мозгу сфокусироваться, сигнализируя о том, сколько конфликтов или трудностей возникло во время выполнения задачи.

«Итак,« Упс! момент может побудить кого-то обратить больше внимания в следующий раз, когда они будут болтать с другом или планируют зайти в магазин по дороге домой с работы», — сказал Фу.

Чтобы увидеть мониторинг производительности в действии, исследователи записали активность отдельных нейронов в медиальной лобной коре участников исследования. Участниками были пациенты с эпилепсией , которым в рамках лечения имплантировали электроды в мозг, чтобы помочь определить очаг их припадков. В частности, этим пациентам были имплантированы электроды в медиальную лобную кору, область мозга, которая, как известно, играет центральную роль в мониторинге производительности.

Команда попросила участников выполнить два широко используемых когнитивных теста.

В задании Струпа, в котором чтение противопоставляется названию цвета, участники просматривали написанное название цвета, например «красный», напечатанное чернилами другого цвета, например зеленым, и их просили назвать цвет чернил, а не цвет. написанное слово.

«Это создает конфликт в мозгу», — сказал Рутисхаузер. «Вы десятилетиями тренировались в чтении, но теперь ваша цель — подавить эту привычку к чтению и вместо этого назвать цвет чернил, которыми написано слово».

В другом задании, Multi-Source Interference Task (MSIT), которое включает в себя распознавание цифр, участники видели на экране три числовые цифры, две из которых были одинаковыми, а другая уникальна, например, 1-2-2. Задача испытуемого заключалась в том, чтобы нажать кнопку, связанную с уникальным числом — в данном случае «1», — сопротивляясь желанию нажать «2», потому что это число встречается дважды.

«Эти две задачи служат хорошей проверкой того, как самоконтроль задействован в различных сценариях, затрагивающих разные когнитивные области», — сказал Фу.

Структурированный ответ

Когда испытуемые выполняли эти задания, исследователи отмечали работу двух разных типов нейронов. Нейроны «ошибки» сильно срабатывали после того, как была допущена ошибка, тогда как «конфликтные» нейроны срабатывали в ответ на сложность задачи, которую испытуемый только что выполнил.

«Когда мы наблюдали за активностью нейронов в этой области мозга, нас удивило, что большинство из них становятся активными только после того, как решение или действие были завершены. Это указывает на то, что эта область мозга играет роль в оценке решений постфактум, а не делать их.»

Существует два типа мониторинга производительности: общий и специфичный для домена. Мониторинг общей производительности домена сообщает нам, что что- то пошло не так, и может обнаруживать ошибки в задачах любого типа — независимо от того, водит ли кто-то машину, ориентируется в социальной ситуации или впервые играет в Wordle. Это позволяет им выполнять новые задачи с минимальными инструкциями, что не могут делать машины.

«Машины можно научить делать что-то одно, — сказал Фу. «Вы можете построить робота, который будет переворачивать гамбургеры, но он не сможет адаптировать эти навыки для жарки пельменей. Люди, благодаря общему мониторингу производительности домена, могут».

Мониторинг производительности конкретного домена сообщает человеку, допустившему ошибку , что пошло не так, обнаруживая конкретные ошибки — что он пропустил ход, сказал что-то неуместное или выбрал неправильную букву в головоломке. Это один из способов, которым люди совершенствуют индивидуальные навыки.

Удивительно, но в медиальной лобной коре нейроны, передающие сигнальные области общей и специфической информации, были перемешаны.

«Раньше мы думали, что есть части мозга, предназначенные только для мониторинга общей производительности домена, а другие — только для конкретного домена», — сказал Рутисхаузер. «Теперь наше исследование показывает, что это не так. Мы узнали, что одна и та же группа нейронов может выполнять как общий, так и специфический мониторинг производительности домена. Когда вы слушаете эти нейроны, вы можете считывать оба типа информации одновременно. .»

По словам Рутисхаузера, чтобы понять, как эти сигналы интерпретируются другими областями мозга, полезно представить себе нейроны как музыкантов в оркестре.

«Если все они играют в случайном порядке, слушатели — в данном случае области мозга , получающие сигналы — просто слышат искаженный набор нот», — сказал Рутисхаузер. «Но если они играют аранжированную композицию, можно четко слышать различные мелодии и гармонии, даже когда так много инструментов — или нейронов мониторинга производительности — играют все одновременно».

Однако слишком много или слишком мало этой сигнализации может вызвать проблемы, сказал Рутисхаузер.

Чрезмерно активный мониторинг производительности может проявляться как обсессивно-компульсивное расстройство , заставляя человека навязчиво проверять ошибки, которых не существует. Другой крайностью является шизофрения, при которой мониторинг производительности может быть неактивным до такой степени, что человек не замечает ошибок или неуместности своих слов или действий.

«Мы считаем, что полученные нами механистические знания будут иметь решающее значение для совершенствования методов лечения этих разрушительных психических расстройств», — сказал Рутисхаузер.