В повседневной жизни люди часто выполняют несколько дел одновременно. Например, водитель смотрит на дорогу, следит за показаниями приборов и держит руки на руле. Каждое из этих действий требует отдельного пространственного «прицела». Обычно наш взгляд, внимание и цель движения совпадают, но иногда их приходится разделять. Это сложная задача для мозга, ведь ему нужно одновременно управлять тремя разными системами координат.
Долгое время считалось, что мозг ориентируется в пространстве с помощью некой абсолютной сетки, похожей на GPS. Однако оставалось неясным, как в рамках одной сетки можно эффективно распределять ресурсы между зрением, вниманием и моторикой. Новое исследование показало, что мозг использует более гибкий подход: создает временные системы координат, привязанные не к абстрактному пространству, а к взаимному расположению объектов.
Группа нейробиологов под руководством Михаила Лебедева и Стивена Уайза изучила активность отдельных нейронов в мозге макаки-резуса при выполнении сложной задачи. Результаты исследования опубликованы в виде препринта на портале bioRxiv.
Обезьяна сидела в кресле перед двумя кормушками с едой. Одну кормушку, неподвижную, расположили вручную, а вторую прикрепили к роботу. Робот постоянно двигался, выступая «аттрактором внимания», так что обезьяна должна была неотрывно следить за ним.
Только когда роботизированная кормушка впервые заезжала в зону досягаемости, животное получало сигнал, что можно начинать движение рукой за едой. При этом в зависимости от правил, установленных в блоке испытаний, целью могла быть как подвижная кормушка, так и неподвижная. Это создавало конфликт: обезьяне приходилось концентрировать внимание на одном объекте, а планировать движение к другому.
Ученые записывали активность нейронов из пяти областей лобной коры: дорсальной и вентральной премоторной коры, дополнительной моторной области, дорсолатеральной префронтальной коры и фронтального глазного поля. Значительная доля нейронов во всех пяти областях — от 35% до 65% — показала настройку на относительное положение. Например, некоторые нервные клетки были активнее, когда одна кормушка находилась справа от другой, вне зависимости от их точного местоположения.
При этом разные области мозга специализировались на разных аспектах. В дорсолатеральной префронтальной коре и фронтальном глазном поле — зонах, связанных со зрением и планированием — большинство таких нейронов кодировали положение взгляда. Их активность отражала, смотрела обезьяна на относительно левую или правую кормушку. В то же время в моторных областях нейроны чаще сообщали, какой из объектов привлекал внимание либо был целью для движения, даже если взгляд был направлен в другую сторону.
Проще говоря, мозг действовал не по единой карте местности, а создавал временные, относительные схемы. Это похоже на то, как люди дают указания: вместо точных координат говорят «ключи лежат справа от чашки». Такая способность создавать «относительные карты» и позволяет мозгу успешно координировать внимание и действия.
Открытие можно назвать важным шагом к пониманию того, как в основе способности к многозадачности лежит не одна сложная система, а множество постоянно обновляемых и простых схем.