Мозг может научиться выполнять несколько задач одновременно

Новое исследование ученых из Джорджтаунского университета показывает, как мозг перестраивается для автоматизации усвоенных задач. Полученные результаты ставят под сомнение давно устоявшееся представление о том, как люди осваивают сложные навыки, и позволяют предположить, что настоящая многозадачность действительно возможна.

Помимо того, что исследование вселяет уверенность в занятых людей, показывая, что они действительно могут делать два дела одновременно, оно также имеет важное значение для развития искусственного интеллекта, способного, подобно мозгу, опираться на ранее полученные знания.

Статья опубликована в Журнале когнитивной нейронауки (Journal of Cognitive Neuroscience).

Как мозг автоматизирует навыки

“Мы сделали еще один шаг в понимании того, как мозг обучатся”, – говорит доктор Максимилиан Ризенхубер, профессор нейробиологии в Медицинской школе Джорджтаунского университета и содиректор Центра нейроинженерии.

“Самое обнадеживающее то, что вы действительно можете научиться выполнять несколько задач одновременно. На самом деле существует способ перестроить архитектуру мозга и задействовать другие его части”.

Новое исследование основано на многолетних наблюдениях за тем, как в головном мозге происходит обучение.

Ученые хотели понять механизмы автоматизации и то, как мозг переключается от обучения новой задаче к выполнению этой задачи более неосознанно после приобретения значительного опыта.

По словам Ризенхубера, хорошим примером является вождение автомобиля. Когда человек только учится водить, это требует от него полной концентрации. Но после многих лет вождения большинство людей могут разговаривать, слушать музыку или обдумывать проблему, не сосредотачиваясь полностью на управлении автомобилем.

“Вопрос в том, как ваш мозг это делает?” – говорит Ризенхубер.

Большинство предыдущих исследований в области обучения были сосредоточены на ранних стадиях, но то, что происходит с мозгом в долгосрочной перспективе, изучать сложнее и это менее понятно.

В рамках исследования интенсивной подготовки

В рамках нового исследования ученые обучили людей сортировать стилизованные изображения автомобилей по двум категориям, приучая их замечать едва заметные различия. Участники выполнили задание более 30 000  раз в течение пяти-десяти недель, используя приложение, которое позволяло им сортировать изображения в виде игры на своих телефонах. Исследователи использовали МРТ и ЭЭГ для проведения сканирования мозга участников до и после завершения испытаний.

Они обнаружили, что после того, как люди научались сортировать изображения, эта задача активировала их префронтальную кору. Эта область мозга отвечает за исполнительные функции и мышление, но обычно может выполнять только одну задачу за раз.

Однако, когда исследователи просканировали мозг участников, которые в течение нескольких недель практиковались в сортировке, они обнаружили, что категоризация теперь происходит в височной коре – части мозга, отвечающей за кодирование памяти и распознавание сложных объектов.

“Предыдущие исследования показали, что у опытных наблюдателей определенные участки височной коры могут активироваться при восприятии определенных категорий объектов: птиц, автомобилей и даже покемонов. но ограничением всех этих исследований является то, что они проводились только после того, как люди становились экспертами”, – говорит доктор Патрик Кокс, который начал исследование еще будучи аспирантом в лаборатории Ризенхубера, а сейчас является доцентом психологии в Университете Лихай.

“Преимущество этого исследования в том, что оно носит лонгитюдный характер. Мы проводим измерения до и после сортировки, поэтому мы можем видеть, что в результате интенсивной тренировки в височной доле формируется область, отвечающая за распознавание категорий, которой раньше не было”.

“Это имеет значение для критических ситуаций в реальной жизни, например, когда радиолог может точно классифицировать новообразование на рентгеновском снимке как доброкачественное или злокачественное практически автоматически, часто без долгих размышлений, благодаря многолетней практике”, – говорит Кокс.

Как обойти «узкое место» в работе лобных долей мозга

Информация о категориях из области, отвечающей за распознавание автомобилей, в височной коре обошла префронтальную кору и напрямую соединилась с исполнительными отделами мозга.

“Опыт перестраивает мозг, чтобы обойти это узкое лобное место. Тогда префронтальная кора остается свободной для всего, что вы хотите сделать, увеличивая ваши возможности”, – объясняет Ризенхубер.

Действительно, исследователи обнаружили, что чем больше задача, связанная с автомобилем, была “выгружена” из префронтальной коры, тем лучше люди могли выполнять другую задачу параллельно с этой.

Это открытие опровергает давнюю теорию о том, что люди не способны к настоящей многозадачности. Считалось, что вместо этого мозг быстро переключается между двумя задачами.

“Мы показали, что нейронные связи фактически изменяются, позволяя мозгу делать две вещи одновременно”, – говорит Ризенхубер. “Это и есть настоящая многозадачность”.

Последствия для привычек, искусственного интеллекта и безопасности

Полученные результаты также могут иметь значение для понимания компульсивного поведения, поскольку они демонстрируют, что усвоенные модели поведения перемещаются в мозговые цепи, менее доступные для сознательного мышления или исполнительных функций.

“Первый шаг к тому, чтобы отучиться от привычки, – понять, где именно в мозге она формируется”, – говорит Ризенхубер. “Это объясняет, почему такие стратегии, как совет подумать о чем-то другом, на самом деле не помогают, ведь поведение не контролируется сознанием”.

Это также помогает объяснить, почему люди так хорошо справляются с непрерывным обучением и наращиванием навыков – то, с чем искусственный интеллект пока справляется с трудом.

“Перенос усвоенного навыка в височную долю коры головного мозга и высвобождение места в префронтальной коре может позволить мозгу использовать старую информацию в качестве строительного блока для изучения чего-то нового”, – говорит Ризенхубер. Он отмечает, что современные модели искусственного интеллекта не обладают такими возможностями.

“Еще один по-настоящему интересный вопрос заключается в том, какие виды задач можно освоить достаточно хорошо, чтобы выполнять их параллельно”, – говорит Кокс. “Мы можем одновременно идти и жевать жвачку, но писать сообщения за рулем, глядя в телефон, небезопасно, потому что мы отвлекаемся от дороги. Все сводится к тому, чтобы научиться тренировать полностью независимые друг от друга нейронные цепи для выполнения двух задач одновременно”.