Исследование показало, что сенсорная стимуляция увеличивает объем зрительной рабочей памяти человека
Для выполнения задач, требующих сохранения важных визуальных деталей на короткие промежутки времени, например, решения головоломки, чтения или сравнения различных объектов, люди используют так называемую визуальную рабочую память. Это когнитивная система, которая позволяет людям временно сохранять важную визуальную информацию, как правило, на несколько секунд или минут.
Некоторые нейробиологи обнаружили, что емкость зрительной рабочей памяти человека может быть увеличена путем электрической стимуляции определенных областей мозга . В статье, опубликованной в Communications Psychology , исследовательская группа из Университета Помпеу Фабра в Барселоне поставила перед собой задачу определить, может ли сенсорная стимуляция также влиять на емкость зрительной рабочей памяти.
«Это исследование преследовало две основные цели: изучить функциональную роль мозговых колебаний в рабочей памяти и проверить, может ли сенсорная стимуляция заменить транскраниальную электрическую стимуляцию (tACS)», — рассказал Medical Xpress Индре Пилекките, первый автор статьи.
«Для достижения теоретической цели мы исследовали, отражают ли колебания мозга просто синхронизированную нейронную активность (т.е. по сути являются побочным продуктом активной работы мозга) или они активно формируют когнитивные процессы (т.е. то, как мы воспринимаем и действуем в мире)».
Недавние исследования связали колебательную активность человеческого мозга, в частности ее фазу и мощность, с восприятием и вниманием. Пилекките и ее коллега Сальвадор Сото Фарако решили исследовать, влияет ли эта активность также на высшие когнитивные функции, такие как рабочая память.
«Методологически мы стремились воспроизвести результаты исследований tACS с использованием сенсорной стимуляции (т. е. ритмичных визуальных мельканий и слуховых сигналов)», — сказал Пилекките.
«Если сенсорная стимуляция окажется эффективной, она может стать универсальным и доступным способом модуляции мозговых колебаний в различных условиях за пределами лаборатории. Например, ее можно будет интегрировать в повседневную среду, например, в офисы или автомобили, чтобы улучшить работу нашей рабочей памяти».
Модель тета-гамма. Каждый стимул (например, цветной квадрат) кодируется нейронным ансамблем (представленным кружками), который активируется на частоте гамма (γ). Последовательность активации этих ансамблей координируется фазой более медленной частоты тета (θ). Кредит: Индре Пилеките.
Гипотеза, проверенная исследователями, основывалась на вычислительной модели , известной как модель тета-гамма. Эта модель предсказывает, что емкость рабочей памяти человека зависит от частоты (т. е. скорости) тета-колебаний мозга.
Недавнее исследование Пилеккита и Сото Фарако основывается на этой модели, объединяя ее с результатами прошлых исследований, которые опирались на транскраниальную электрическую стимуляцию. Проверяемая гипотеза состояла в том, что ускорение или замедление тета-колебаний либо уменьшит, либо увеличит объем рабочей памяти участников исследования.
«Мы использовали технику, называемую нейронной синхронизацией, чтобы манипулировать скоростью мозговых колебаний», — объяснил Пилекките. «Она основана на естественной тенденции мозга синхронизировать свои внутренние ритмы с внешними ритмическими стимулами. Эти внешние стимулы могут принимать различные формы, такие как электрические токи, магнитные импульсы или, как в нашем исследовании, ритмичные визуальные мерцания и слуховые сигналы».
Чтобы проверить свою гипотезу, Пилекките и Сото Фарако объединили стратегии сенсорного вождения с простым заданием на зрительную память. Они использовали сенсорное вождение для управления колебаниями в мозге 209 участников в общей сложности и проверили их рабочую память, заставив их выполнить простое задание.
Схема одного испытания в задаче обнаружения изменений. Каждое испытание начинается с отображения фиксационного креста в течение 500 мс, за которым следует представление целевого массива в течение 100 мс. За этим следует пустой экран в течение 900 мс. Затем предъявляется зондовый массив, содержащий то же количество квадратов в тех же позициях, что и целевой массив. Однако в половине испытаний один квадрат отличается по цвету. Участникам предлагается указать, произошло ли изменение между целевым и зондовым массивами. Кредит: Индре Пилекките.
Участникам показывали от четырех до семи квадратов разных цветов на очень короткое время. После небольшой задержки появлялся новый набор квадратов, который был либо идентичен первому, либо один из квадратов был другого цвета. Затем участников просили указать, изменился ли какой-либо цвет между двумя наборами.
«Мы обнаружили, что сенсорная стимуляция, как на более быстрых, так и на более медленных тета-частотах, значительно улучшила емкость рабочей памяти участников», — сказал Пилеккит. «Этот результат противоречил нашему первоначальному прогнозу, поскольку мы ожидали, что более быстрая стимуляция снизит емкость. Поэтому наши результаты показывают, что сенсорная стимуляция действует иначе, чем электрическая стимуляция».
Интересно, что Пилекките и Сото Фарако заметили, что улучшения в объеме визуальной рабочей памяти были наиболее выражены у участников, которые демонстрировали меньшую рабочую память в контрольных условиях (т. е. когда им предъявляли статические изображения или чистый тон вместо визуальных мельканий и звуковых сигналов). Это говорит о том, что вмешательства сенсорной стимуляции могут быть наиболее полезными для людей, которым трудно запоминать информацию в течение более коротких периодов времени.
Результаты, полученные в ходе этого недавнего исследования, могут проложить путь для дальнейших исследований, изучающих потенциал сенсорной стимуляции для улучшения рабочей памяти людей. Кроме того, психологи могли бы попытаться определить, распространяются ли улучшения, наблюдаемые Пилекките и Сото Фарако, на определенные клинические группы, известные дефицитом рабочей памяти, например, на пациентов с диагнозом шизофрения.
«Как это часто бывает в исследованиях, мы в итоге подняли больше вопросов, чем ответили», — добавила Пилекките. «В будущих исследованиях мы хотели бы лучше понять, как сенсорная стимуляция действует в мозге — как она распространяется от сенсорной коры к высшим областям мозга и как она одновременно влияет на множество когнитивных функций, таких как восприятие и внимание, наряду с рабочей памятью».
В своих следующих исследованиях Пилекките и Сото Фарако также планируют выяснить, в какой степени наблюдаемые ими улучшения рабочей памяти были обусловлены изменением мозговых колебаний, а не тревожными эффектами сенсорных стимулов.
Кроме того, они надеются лучше понять причины, по которым сенсорная стимуляция оказывается особенно полезной для участников с более низким исходным объемом памяти .