Что стоит знать о нейронных циклах, чтобы улучшить внимание и память

Как мозг выбирает важное из потока информации? Учёные из Бременского университета раскрыли, что ключ к этому — точное время поступления сигнала к нейронам. Оказывается, внимание использует этот временной фактор, чтобы выделять значимые данные и эффективно их обрабатывать.

Внимание как фильтр восприятия

Известный эффект коктейльной вечеринки иллюстрирует, как мозг умеет сосредотачиваться на одном источнике звука в шумной обстановке.

"В окружении множества голосов и фонового шума мозг способен выделить один голос, который нас интересует, — объясняет нейробиолог Эрик Дребиц из Бременского университета. — Другие звуки остаются, но воспринимаются слабее".

Таким образом, мозг придаёт приоритет актуальной информации, игнорируя менее важные сигналы.

Этот механизм жизненно важен: когда мы переходим улицу и внезапно видим машину, мозг мгновенно фокусируется на движущемся объекте. Другие визуальные впечатления — рекламные щиты, прохожие — отходят на второй план. Такая прицельная обработка помогает быстро реагировать и избегать опасности.

Циклы активности нейронов: как работает фильтр внимания

Команда под руководством нейробиологов Андреаса Крайтера и Эрика Дребица впервые доказала, что критически важен момент поступления сигнала к нейронам. Нервные клетки не работают непрерывно, а в быстрых циклах, повторяющихся каждые 10-20 миллисекунд. В течение нескольких миллисекунд нейроны особенно активны и восприимчивы, после чего наступает период пониженной активности.

"Если сигнал поступает незадолго до пика активности нейрона, он способен изменить его поведение", — объясняет Дребиц.

Внимание использует эту особенность, синхронизируя работу нейронов так, чтобы важные сигналы попадали именно в этот краткий момент, а остальные игнорировались.

Эксперимент с макаками-резусами: доказательства на практике

Чтобы проверить эту гипотезу, учёные провели эксперименты с макаками-резусами — животными, у которых кора головного мозга устроена очень похоже на человеческую. Обезьяны выполняли визуальное задание на экране, а в ранней зрительной области мозга (V2) учёные подавали слабые электрические импульсы, не связанные с заданием — своего рода тестовые сигналы.

Результаты были впечатляющими: сигналы влияли на активность нейронов в следующей области (V4) только если поступали во время фазы повышенной восприимчивости. Если же импульс приходил слишком рано или слишком поздно, эффекта не было. Более того, если сигнал попадал в чувствительное окно, это не только меняло активность нейронов, но и ухудшало поведение животных — они реагировали медленнее и допускали больше ошибок.

"Это доказывает, что даже неинформативный сигнал, если он совпадает по времени с пиком активности нейронов, становится частью обработки и мешает выполнению задачи", — говорит Дребиц.

Значение открытия для науки и технологий

Результаты исследования открывают новые горизонты в понимании работы мозга. Они показывают, как происходит отбор и приоритизация информации до того, как она влияет на восприятие, обучение и поведение. Эти знания важны не только для фундаментальной нейробиологии, но и для медицины — например, при изучении болезней Альцгеймера и синдрома дефицита внимания с гиперактивностью (СДВГ), которые связаны с нарушениями в обработке релевантной информации.

Кроме того, понимание временных механизмов работы нейронов поможет развитию интерфейсов "мозг-компьютер", где важно подавать и считывать сигналы с точным временным разрешением. Аналогично, принципы, открытые учёными, могут вдохновить создание более гибких и эффективных систем искусственного интеллекта.