Детальное изучение мозга чемпиона по памяти раскрыло нейробиологию его трюков

Рабочая память человека имеет свои физиологические ограничения. Исторически в когнитивной психологии этот предел описывался формулой «семь плюс-минус два элемента». Вы можете легко удержать в голове короткий номер телефона, пока набираете его, но попробуйте запомнить случайную последовательность из тридцати цифр — и ничего не получится. Однако эмпирические данные, полученные на чемпионатах по запоминанию, показывают, что этот биологический предел можно преодолеть.

Шестикратный чемпион США по памяти Нельсон Деллис способен безошибочно запомнить точный порядок колоды из 52 карт за 40 секунд, а также воспроизвести 339 случайных цифр после пяти минут изучения. При этом Деллис не обладает врожденными генетическими аномалиями мозга. В детстве он не демонстрировал выдающихся когнитивных способностей, а свой первый национальный рекорд установил всего через два года после начала целенаправленных тренировок. Его результаты — следствие интенсивной практики, которая физически изменила работу его нервной системы.

Чтобы выяснить, как именно перестраивается мозг при таком масштабировании когнитивных возможностей, исследователи из Вашингтонского университета провели очень крупное по детализации изучение. Они применили метод прецизионного функционального картирования (PFM), собрав более 13 часов данных функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ) Деллиса. Полученные сканы сравнили с данными почти 900 человек из проекта Human Connectome Project и результатами контрольной группы. Анализ показал, что рекордсмен не улучшил свою способность к механическому запоминанию. Он заставил нервную систему использовать для обработки данных совершенно другие функциональные зоны.

Проблема прямого заучивания и механика метода локусов

Обычное механическое запоминание опирается на систему декларативной памяти — прямое сохранение фактов и событий. Нейробиологически этот процесс полностью зависит от гиппокампа, который отвечает за перевод информации из кратковременной памяти в долговременную. Вся проблема в том, что абстрактная информация, такая как последовательность цифр или карточные масти, лишена контекста. Мозгу трудно кодировать данные, не имеющие пространственной или эмоциональной привязки.

Для обхода этого мнемонисты (так называют людей с феноменальной памятью) применяют «Метод локусов». Эта техника требует от человека мысленно перемещаться по хорошо знакомому физическому пространству (например, по комнатам собственного дома) и расставлять вдоль маршрута визуальные маркеры.

Чтобы обрабатывать абстрактные данные на высокой скорости, Деллис использует систему предварительного кодирования «Лицо-Действие-Объект». Каждая из 52 карт колоды жестко ассоциирована с конкретным образом. Например, пиковый туз всегда обозначает Арнольда Шварценеггера, червовый туз означает действие «кричать», а двойка бубен — баскетбольный мяч. Когда Деллис видит эти три карты подряд, он не фиксирует в памяти масти и номиналы. Он формирует визуальную сцену: Шварценеггер кричит на баскетбольные мячи. Эту сцену он мысленно помещает в одну из локаций своего маршрута. На этапе воспроизведения он просто проходит по ментальному маршруту, считывает оставленные сцены и декодирует их обратно в последовательность карт.

Перестройка нейронных сетей в состоянии покоя

Предыдущие исследования памяти часто усредняли данные фМРТ группы разных мнемонистов. Этот подход размывал результаты, так как каждый спортсмен использует индивидуальные вариации техник. Использование прецизионного картирования (PFM) позволило ученым составить точную карту нейронных связей конкретного человека и выявить структурные изменения.

Анализ мозга чемпиона в состоянии функционального покоя — когда он не выполнял никаких задач — выявил глубокие изменения в архитектуре коннектома. Годы тренировок сформировали необычно сильные связи между регионами мозга, которые у контрольной группы работают изолированно друг от друга.

У Деллиса образовались плотные функциональные связи между зрительной корой, ретросплениальной корой (зоной, отвечающей за пространственную навигацию) и областью Бродмана 55b в лобной доле, которая обрабатывает семантику языка и структуру повествования. Эти регионы объединились в новые функциональные модули. Нервная система чемпиона научилась обрабатывать массивы абстрактных символов по тем же алгоритмам, по которым она анализирует визуальные сцены и связные истории.

Сдвиг парадигмы: от декларативной памяти к процедурному навыку

Наиболее значимое открытие исследования связано с работой хвостатого ядра — структуры, расположенной глубоко в базальных ганглиях мозга. Базальные ганглии не участвуют в классическом запоминании фактов. Их основная функция — формирование привычек, моторный контроль и обучение с подкреплением (процедурная память). Классический пример процедурной памяти — способность человека управлять автомобилем: после периода обучения этот процесс автоматизируется и не требует сознательного контроля. Известно, что пациенты с удаленным гиппокампом (как знаменитый пациент Г.M.) полностью теряют способность запоминать новые факты, но сохраняют способность осваивать новые физические навыки благодаря работе базальных ганглиев.

Данные фМРТ показали, что в мозге чемпиона хвостатое ядро сформировало мощные связи с сетями пространственной памяти. Это указывает на фундаментальное изменение механики когнитивного процесса. Для Деллиса запоминание порядка карт перестало быть задачей декларативной памяти. Этот процесс трансформировался в процедурный навык. Тысячи часов практики автоматизировали алгоритм: мозг чемпиона конвертирует абстракции в пространственные сцены рефлекторно, без сознательного напряжения механизмов классической памяти.

Парадокс гиппокампа при активном запоминании

Вывод о переходе на процедурную память подтвердился во время сканирования при выполнении активных задач. Исследователи предложили чемпиону и контрольной группе выполнить стандартный тест на рабочую память — прямое заучивание списка слов. В этом сценарии мозг Деллиса работал точно так же, как мозг обычных людей: на этапе записи информации гиппокамп демонстрировал высокую активность.

Однако картина радикально изменилась, когда Деллис перешел к запоминанию колоды карт с использованием Метода локусов. На этапе кодирования информации его гиппокамп оставался практически неактивным. Когнитивная нагрузка полностью распределилась между зрительными, пространственными и процедурными центрами. Активность гиппокампа регистрировалась только позже, на этапе воспроизведения, когда мнемонист мысленно перемещался по своему маршруту для извлечения данных. Чемпион не использует главный центр памяти для записи абстрактной информации, он применяет его исключительно для навигации по пространству, где эта информация размещена.

Для дополнительной проверки ученые провели тест с числом Пи. Деллис ранее выучил первые 10 000 знаков этого числа. Ему показывали случайную последовательность из пяти цифр и давали шесть секунд, чтобы найти ее точное местоположение в его ментальном пространстве. Сканирование зафиксировало очень высокую активацию дорсальной сети внимания и зрительной коры. Поиск информации требовал вычисления пространственных координат, что окончательно подтвердило пространственную природу этого когнитивного навыка.

Эволюционный контекст и клиническое значение

Результаты исследования объясняют высокую эффективность Метода локусов с эволюционной точки зрения. Мозг человека не формировался для обработки длинных числовых рядов или бинарного кода. Приоритетом для выживания вида была способность ориентироваться на местности, запоминать географические ориентиры и анализировать социальные взаимодействия внутри группы. Конвертируя цифры в субъектов, совершающих действия в конкретном пространстве, мнемонисты переводят неестественные абстрактные данные в базовый формат, понятный нервной системе.

Эти нейробиологические данные будут очень полезны для медицины, в частности для разработки методов защиты когнитивных функций при старении. При нейродегенеративных заболеваниях, таких как болезнь Альцгеймера, гиппокамп и функции декларативной памяти разрушаются первыми. Человек теряет способность фиксировать новые события и факты.

В то же время, нейронные сети, отвечающие за пространственную навигацию и понимание нарратива (сюжета), демонстрируют высокую устойчивость и сохраняются значительно дольше. Если адаптировать принципы Метода локусов для пожилых людей, они смогут использовать эти сохранные навигационные сети для удержания критически важной повседневной информации. Обучение кодированию данных через пространственные истории может стать действенным механизмом компенсации возрастного снижения функций гиппокампа.

Точная функциональная карта мозга чемпиона доказывает, что пределы человеческой памяти не определены исключительно биологическим объемом кратковременной памяти. Нервная система обладает достаточной нейропластичностью для полной реорганизации путей обработки данных. Изменение формата входящей информации позволяет обойти физиологические ограничения и активировать нейронные сети, способные удерживать многократно большие объемы данных.

Источник:biorxiv