Как работает рабочая память

Нейроны рабочей памяти работают с перерывами, что позволяет мозгу различать между собой разные блоки текущей информации.

Нейрофизиологи и психологи кроме долговременной и кратковременной памяти выделяют ещё и рабочую, в которой хранится информация о том, что мы делаем прямо сейчас. Её можно сравнить с кэшем процессора, который ещё называют сверхоперативной памятью – в него тоже загружаются данные, которые требуются для текущей задачи, то есть непосредственно сейчас.

Если мы набираем чей-то номер на телефоне, или же ищем его в адресной книге, то и цифры, и фамилия того, кто нам нужен, будут удерживаться в нашем «кэше», то есть в рабочей памяти. То же самое касается арифметических операций в уме, пересылки письма, выполнения инструкции и т. д.

Нейробиологи сейчас уже знают, какие зоны в мозге отвечают за сверхоперативное хранение данных, однако более детальные принципы функционирования рабочей памяти мы продолжаем выяснять до сих пор. В частности, с 70 годов прошлого века считалось, что её нейроны работают постоянно – как, наверно, и следовало ожидать: ведь для того, чтобы информация была всё время доступной, нужно, чтобы её носитель, то есть нейронная цепочка, постоянно была «под напряжением».

Однако эксперименты исследователей из Массачусетского технологического института говорят о том, что нервные клетки рабочей памяти работают иначе. Эрл Миллер (Earl Miller) вместе с коллегами записывал активность нейронов животных в то время, когда им показывали последовательность трёх цветных кругов; каждый круг появлялся в своём месте.

После первого раза круги показывали снова, но теперь один из них менял свой цвет, и задача животного была в том, чтобы заметить, что один из кругов уже не такой, каким был. Понятно, что здесь была задействована рабочая память, чтобы можно было сравнить геометрические фигуры.

Тест длился всего две секунды, но, как пишут авторы работы в Neuron, активность нейронов префронтальной коры, входящих в аппарат рабочей памяти, за это время довольно сильно менялась. Интенсивней всего клетки работали в самом начале, когда нужно было запомнить увиденное, и в конце, когда нужно было вспомнить то, что было только что, и сравнить с новой зрительной информацией. Сами же импульсы соответствовали гамма-ритмам (45-100 Гц), причём пачки таких импульсов случались перемежались периодами покоя.

По словам Эра Миллера, теория непрерывной работы нейронов возникла из-за того, что в прежних исследованиях учитывали лишь их усреднённую активность, измеренную в течение несколько секунд, а то и нескольких минут, пока тест на рабочую память повторяли несколько раз. Однако такое усреднение скрывает особенности функционирования нервных цепочек в каждый отдельный момент времени.

В действительности же всё происходит несколько иначе: как мы помним, информация в нейронных цепях удерживается благодаря межнейронным соединениям – синапсам, а сами синапсы нужно поддерживать постоянными электрохимическими импульсами. Без импульсов синапсы ослабеют, и последовательность нервных клеток, хранящая кусочек информации, просто распадётся.

Гамма-ритмы как раз и помогают рабочей памяти удерживать необходимые сведения, которые могут быть самыми разными. Но, чтобы отличать одну информацию от другой, разные блоки нейронов используют разный рисунок активности, чередуя блоки гамма-ритмических импульсов с периодами покоя, что и делает рабочую память многозадачной, способной удерживать в себе сразу несколько тем одновременно.

Вероятно, такой способ различения данных имеет место и в других феноменах высшей нервной деятельности – например, во внимании – однако, чтобы утверждать это с полной уверенностью, нужны дополнительные эксперименты.