Ученые выяснили, как мозг реагирует на неожиданность
Австралийские исследователи показали, что мозг по-разному обрабатывает ожидаемые и неожиданные события. Привычные сигналы помогают реагировать быстрее, а сюрпризы запоминаются точнее.
Источник: Новости науки.
МОСКВА, 23 июня. /Новости науки/. Мозг заранее готовит реакцию на ожидаемые события, но при неожиданности направляет больше ресурсов на сбор сенсорной информации и обновление памяти. К такому выводу пришли исследователи, опубликовавшие статью о своей работе в The Journal of Neuroscience.
Работа помогает объяснить, почему люди часто лучше помнят неожиданные события. Если ситуация знакома, мозг как бы предсказывает ее развитие. Это экономит энергию и дает выигрыш во времени. Но детали такого события запоминаются хуже.
Если происходит что-то неожиданное, мозг меняет режим работы. Он начинает точнее собирать данные из внешней среды, чтобы обновить внутреннюю модель мира. Старший автор исследования Рубен Ридо сравнил этот процесс с обновлением программы.
«Наше исследование дает интересное представление о том, как мозг использует прогнозы, чтобы лучше воспринимать мир и взаимодействовать с ним», — сказал Ридо.
По его словам, мозг постоянно получает большой объем сенсорной информации и вынужден экономить ресурсы. Поэтому при предсказуемом событии он не обрабатывает все детали с максимальной тщательностью. При неожиданности он, наоборот, старается собрать больше данных.
Авторы проверили это в эксперименте с участием 40 человек. Участники видели простые вспышки света, которые появлялись по кругу. В это время ученые записывали электрическую активность мозга с помощью электроэнцефалографии, отслеживали реакцию зрачков, скорость ответов и точность воспоминаний.
Иногда вспышки появлялись по ожидаемой схеме. В других случаях исследователи намеренно нарушали этот порядок. Участники быстрее и точнее реагировали на ожидаемые вспышки. Но когда их просили вспомнить точное место вспышки, память о предсказуемых событиях была хуже. Неожиданные вспышки запоминались точнее.
Ученые также выяснили, что мозг реагирует на знакомое событие в два этапа. Сначала он предсказывает, что должно произойти, и заранее готовит тело к быстрой реакции. Затем, если событие совпадает с ожиданием, мозг снижает глубину обработки сигнала и экономит энергию.
При этом и ожидаемые, и неожиданные события появлялись в коре мозга уже в течение 100 миллисекунд после вспышки. Но неожиданные сигналы были представлены в мозговых волнах более четко.
Ридо объяснил этот механизм на примере тенниса. Опытная спортсменка может заранее понять, куда полетит подача, и начать движение еще до удара. Это дает ей выигрыш в миллисекунды. Но точное место обычной подачи она потом может помнить смутно. Редкая неожиданная подача, наоборот, запомнится ярче и точнее.
По словам ведущего автора работы Цзыюэ Ху, результат помогает разрешить давний спор в нейронауке о том, какую информацию мозг ставит выше — ожидаемую или неожиданную. Ответ оказался двойным: мозг использует ожидаемые события для скорости, а неожиданные — для точности и обновления памяти.
На следующем этапе команда хочет изучить, как эти механизмы развиваются со временем и какие факторы среды влияют на их формирование. Ученые также планируют проверить, можно ли применить эти принципы в искусственных нейронных сетях, чтобы повысить их эффективность.
Работа помогает объяснить, почему люди часто лучше помнят неожиданные события. Если ситуация знакома, мозг как бы предсказывает ее развитие. Это экономит энергию и дает выигрыш во времени. Но детали такого события запоминаются хуже.
Если происходит что-то неожиданное, мозг меняет режим работы. Он начинает точнее собирать данные из внешней среды, чтобы обновить внутреннюю модель мира. Старший автор исследования Рубен Ридо сравнил этот процесс с обновлением программы.
«Наше исследование дает интересное представление о том, как мозг использует прогнозы, чтобы лучше воспринимать мир и взаимодействовать с ним», — сказал Ридо.
По его словам, мозг постоянно получает большой объем сенсорной информации и вынужден экономить ресурсы. Поэтому при предсказуемом событии он не обрабатывает все детали с максимальной тщательностью. При неожиданности он, наоборот, старается собрать больше данных.
Авторы проверили это в эксперименте с участием 40 человек. Участники видели простые вспышки света, которые появлялись по кругу. В это время ученые записывали электрическую активность мозга с помощью электроэнцефалографии, отслеживали реакцию зрачков, скорость ответов и точность воспоминаний.
Иногда вспышки появлялись по ожидаемой схеме. В других случаях исследователи намеренно нарушали этот порядок. Участники быстрее и точнее реагировали на ожидаемые вспышки. Но когда их просили вспомнить точное место вспышки, память о предсказуемых событиях была хуже. Неожиданные вспышки запоминались точнее.
Ученые также выяснили, что мозг реагирует на знакомое событие в два этапа. Сначала он предсказывает, что должно произойти, и заранее готовит тело к быстрой реакции. Затем, если событие совпадает с ожиданием, мозг снижает глубину обработки сигнала и экономит энергию.
При этом и ожидаемые, и неожиданные события появлялись в коре мозга уже в течение 100 миллисекунд после вспышки. Но неожиданные сигналы были представлены в мозговых волнах более четко.
Ридо объяснил этот механизм на примере тенниса. Опытная спортсменка может заранее понять, куда полетит подача, и начать движение еще до удара. Это дает ей выигрыш в миллисекунды. Но точное место обычной подачи она потом может помнить смутно. Редкая неожиданная подача, наоборот, запомнится ярче и точнее.
По словам ведущего автора работы Цзыюэ Ху, результат помогает разрешить давний спор в нейронауке о том, какую информацию мозг ставит выше — ожидаемую или неожиданную. Ответ оказался двойным: мозг использует ожидаемые события для скорости, а неожиданные — для точности и обновления памяти.
На следующем этапе команда хочет изучить, как эти механизмы развиваются со временем и какие факторы среды влияют на их формирование. Ученые также планируют проверить, можно ли применить эти принципы в искусственных нейронных сетях, чтобы повысить их эффективность.
