Причинно-следственные связи прочли по глазам
Мы легко видим в окружающем мире причинно-следственные связи, однако объяснить, что при этом происходит в мозге, не так-то просто. Считается, что в момент построения причинно-следственной связи мы действуем от противного, то есть представляем себе ситуацию, в которой нет действующей причины, и пытаемся понять, произойдет ли в такой ситуации то же самое следствие.
Для примера можно взять два бильярдных шара, которые сталкиваются: один из них после столкновения изменяет траекторию движения и, например, падает в лузу. Очевидно, что упавший в лузу шар попал в нее по причине столкновения с другим шаром. Однако чтобы оценить причинно-следственную связь между двумя шарам, мы представляем, что будет, если шары не столкнутся.
Все вышесказанное выглядит довольно сложно, однако теорию причинно-следственных связей «от противного» удалось подтвердить в психологических исследованиях. Правда, подобные исследования до сих пор опирались на самоописания тех, кто в них участвовал. И какими бы изощренными ни были вопросы исследователя, человеку все равно приходилось думать о том, как он думает – то есть подключать сознание. Но ведь когда мы представляем себе причинно-следственную связь, то мы, мягко говоря, далеко не всегда проговариваем внутри себя альтернативный вариант развития событий. И возникает вопрос: когда мозг работает, скажем так, сам по себе, он все равно строит причинно-следственные связи от противного или же действует как-то иначе?
Чтобы это узнать, Тобиас Герстенберг (Tobias Gerstenberg) и его коллеги из Массачусетского технологического института, Стэнфорда и Университетского колледжа Лондона поставили следующий эксперимент. Они сделали несколько видео со сталкивающимися бильярдными шарами; в некоторых видео один из шаров после столкновения падал в лузу, в некоторых нет. Некоторым участникам эксперимента заранее говорили, что потом, после того, как они посмотрят на шары, они должны будут ответить на вопрос, действительно ли один шар упал в лузу из-за другого – иными словами, от человека требовалось оценить причинно-следственную связь между столкновением и дальнейшей судьбой шара. У других же спрашивали просто о том, что произошло в результате столкновения – то есть тут акцента именно на причинно-следственной связи не ставили.
Пока человек смотрел видео с бильярдными шарами, за ним следили с помощь специальной аппаратуры, отслеживающей движения глаз. Как пишут авторы работы в Psychological Science, если от наблюдателя требовалось просто описать, что произошло («шары столкнулись и один из них упал в лузу»), его взгляд просто шел по курсу шара, забегая время от времени вперед – то есть глаз смотрел то на шар, то на лузу. Напротив, если нужно было объяснить, что произошло, то есть если акцент был на причине и следствии («первый шар столкнулся со вторым шаром, и второй шар поэтому отправился в лузу»), то взгляд строил альтернативную траекторию движения второго шара мимо лузы. Иными словами, мозг одновременно с событием представлял иной сценарий: как будет двигаться шар, если столкновения не произойдет.
Более того, если в ситуации с шарами была некоторая неопределенность (то есть если нельзя было однозначно сказать, действительно ли один из них упал в лузу из-за столкновения, или же просто у него изначально была такая траектория), то в таком случае глаз более настойчиво всматривался в альтернативный путь для сомнительного шара, как бы ища надежных подтверждений или опровержений для предполагаемой причинно-следственной связи.
Движения глаз выдают бессознательную работу психики, так что здесь мы видим, что метод от противного действует и без обдумывания, автоматически. В дальнейшем психологи собираются повторить эксперимент, но уже с более сложными, более приближенными к реальности условиями – ведь в жизни чаще всего бывает так, что у какого-то явления оказывается несколько причин, и что эти причины могут быть разными по силе, и что они могут быть не всегда очевидны.
Электрические волны обучения
Когда мы учимся ездить на велосипеде и когда мы учимся играть в карты, наш мозг работает по-разному. Это на самом деле не так уж и очевидно – долгое время считалось, что мозг, чему бы он ни учился, всегда учится одинаково, пока нейробиологи не столкнулись со случаем Генри Молисона (знаменитого еще как пациент H. M.).
Напомним, в чем там была суть. Молисон страдал эпилепсией, и чтобы избавить его от тяжёлых припадков, ему решили удалить определенные участки мозга. После операции припадки действительно прошли, однако у пациента началась амнезия. Она оказалась избирательной: например, после завтрака Генри Молисон тут же забывал, что только что ел, но при том у него по-прежнему формировались моторные навыки. Он мог с каждым разом всё лучше и лучше обвести по контуру рисунок звезды, глядя не на сам рисунок, а на его отражение в зеркале, хотя и не мог вспомнить, как он этим занимался раньше.
Благодаря Молисону и другим подобным случаям стало понятно, что мозг может учиться двумя способами. Сознательное обучение, когда мы можем впоследствии ясно сформулировать, что выучили, – стихотворение, грамматическое правило и т. д. – называется эксплицитным. Когда же все наоборот, то есть когда мы учимся как бы бессознательно, делаем что-то все лучше и лучше с каждым разом, но не можем конкретно сказать, что именно учим, – тогда говорят об имплицитном обучении. Его ещё часто называют моторной или мышечной памятью. Разумеется, очень многие задачи, например, занятия музыкой, задействуют одновременно оба вида обучения.
Отличить одно от другого на уровне нейронов до сих пор никому не удавалось, и о механизме обучения судили обычно по тому, какая область мозга наиболее активна (при эксплицитном – гиппокамп, при имплицитном – базальные ганглии), либо по скорости обучения (по эксплицитному механизму все усваивалось быстро, по имплицитному – медленно).
Исследователи из Массачусетского технологического института впервые выявили для обоих видов обучения соответствующие нейронные процессы. Эксперименты ставили с обезьянами, которые должны были решать разные задачи. В одном случае нужно было сравнивать два объекта и устанавливать, есть между ними связь или нет – здесь в обучении помогали как правильные ответы, так и неправильные. В задаче другого типа нужно было следить за разными зрительными стимулами, и здесь были важны только правильные ответы.
Иными словами, для шимпанзе создали модель эксплицитного обучения, когда ошибки осознаются и делаются соответствующие выводы на будущее, и модель имплицитного обучения, когда чем меньше ошибок, тем лучше, потому что неправильные действия ничего не дают.
Различия же проявились в волновой активности мозга, которую регистрировали с помощью электроэнцефалографии (ЭЭГ). При эксплицитном обучении у обезьян вслед за правильным ответом исследователи наблюдали выраженные ?-2/?-волны (с частотой 10–30 Гц). Известно, что ?-2/?-волны связаны с когнитивными функциями, такими как внимание, сознательный самоконтроль, анализ результата своих действий и т. д., и к тому же раньше замечали, что их генерирует гиппокамп. Как пишут исследователи в своей статье в Neuron, всплеск ?-2/?-волн у обезьян, по-видимому, отражает работу специализированных нейронных контуров, берущих начало в гиппокампе и ответственных за эксплицитное обучение. Поскольку по мере обучения ?-2/?-волны спадали, исследователи предположили, что они появляются тогда, когда мозг строит модели задачи, соответственно, ?-2/?-волны ослабевают, когда модель уже построена.
При имплицитном же обучении у обезьян вслед за правильным ответом усиливались ?/?-волны (3–7 Гц), и по мере обучения также ослабевали. Известно, что ?-активность связана с обучением, памятью и разрешением трудных ситуаций, когда в ходе обработки информации возникают какие-то конфликты и ошибки. ?/?-волны широко распространялись по мозгу, и это, возможно, говорит о том, что эксплицитное обучение связано с глобальными изменениями состояния нейронов в мозге, а не со срабатыванием специфических нейронных контуров в гиппокампе.
Выявляя механизм обучения по его волновой картине, можно подбирать более эффективные обучающие методики. Например, если мы установили, что кто-то полагается больше на имплицитное обучение, значит, он учится лучше за счёт положительной обратной связи от своих действий, чем за счёт отрицательной, и мы можем в соответствии с этим изменить схему обучения. С другой стороны, известно, что при развитии нейродегенеративных заболеваний (таких, как синдром Альцгеймера) начинает преобладать имплицитный механизм обучения, так что анализ волновой активности может помочь распознавать такие расстройства на ранних стадиях.
Причину дислексии нашли в симметричных глазах
Дислексией называют специфические психоневрологические проблемы, связанные с письменной речью: человек никак не может освоить чтение и письмо, хотя в состоянии прекрасно усваивать информацию. Дислексия не так уж и редка, от нее страдают от 5% до 10% людей, но хотя сейчас уже много известно о том, какие факторы, генетические и негенетические, ей сопутствуют, конкретный физиологический механизм нейробиологи пока понимают слабо.
До 50-х годов считалось, что дислексия – это зрительный дефект, однако со временем специалисты пришли к выводу, что тут все дело не столько в глазах, сколько в мозге, в мозговых информационных процессах, что мозг как-то не так обрабатывает зрительную информацию. Более того, возникла гипотеза, что причина дислексии – в нарушениях функциональной латерализации мозга. Как известно, разные полушария предпочитают выполнять разные когнитивные функции, жесткого разделения труда между ними нет, но какие-то вещи преимущественно делает левое полушарие, какие-то – правое.
Если говорить о зрении, то тут мозгу все время приходится согласовывать две картинки, которые он получает от обоих глаз. Левое и правое изображения, пусть и не сильно, но все же отличаются друг от друга, и чтобы получить понятную общую картину, мозг выбирает какой-то глаз за основу. Получается, что наши глаза несимметричны в том смысле, что информация от них обладает, так сказать, разным весом.
Гипотеза насчет дислексии состоит в том, что неспособность воспринимать написанный текст возникает оттого, что оба глаза у человека оказываются «информационно-симметричными», соответственно, в мозге левое и правое полушарие одинаково работают с левыми и правыми изображениями. Однако проверить, так оно или не так, долгое время не удавалось, потому что тут необходимо сначала определить доминантный глаз, а достаточно надежных тестов для этого не было. Например, в одном из тестов нужно держать на расстоянии вытянутой руки карточку с дыркой, и через дырку смотреть на какой-то объект. Приближая карточку к лицу, можно понять, какой глаз обладает преимуществом – однако тут много зависит от расстояния до объекта за карточкой и от угла зрения.
Исследователи из Университета Ренна I предложили здесь другой, более надежный метод, основанный на послеобразах. Так называют феномен зрительного восприятия, когда длительного рассматривания какого-то объекта (например, источника яркого света), либо после яркой вспышки мы продолжаем видеть след изображения, даже если объект уже исчез из поля зрения – послеобраз как бы фиксируется в определенном месте сетчатки. В эксперименте, описанном в Proceedings of the Royal Society B, человек сначала долго смотрел на какой-то контрастный объект, потом закрывал глаза, и видел послеобраз – а потом закрывал глаза еще и руками, и послеобраз медленно угасал. Если затем убирали обе руки одновременно, не открывая глаз, послеобраз восстанавливался, каким и был; если же руки убирали по очереди, то можно было заметить разницу: когда руку убирали от доминантного глаза, то восстановленный послеобраз оказывался ярче.
Такой способ различения глаз, по словам авторов работы, показывал более объективные результаты, и его решили испытать на людях с дислексией. Из тридцати человек, участвовавших в исследовании, у двадцати семи послеобраз оказывался одинаково ярким что в левом глазу, что в правом. Иными словами, причина дислексии действительно может быть в том, что мозг воспринимает информацию от обоих глаз как равнозначную.
Более того, симметричные глаза отличаются от несимметричных по некоторым особенностям строения. В сетчатке есть небольшая зона под названием центральная ямка – из всех слоев сетчатки здесь остается только слой фоторецепторов-колбочек, причем из колбочек есть только те, которые воспринимают зеленый и красный цвета, синих колбочек тут нет. Центральную ямку можно увидеть самому – увидеть в прямом смысле слова: если долго всматриваться в синий экран, то в конце концов в поле зрения появится темный кружок, который называется центроидом Максвелла. Он появляется оттого, что зеленые и красные колбочки не могут в этой точке воспринять световые волны – ведь свет идет на синих частотах.
Исследователи поставили такой опыт с теми, у кого глаза симметричные, и с теми, у кого глаза несимметричные, и оказалось, что у обычных людей, у которых глаза несимметричные, доминантный глаз видит темный участок более круглым, а другой глаз – более эллиптическим по форме. Если же оба глаза были «информационно-симметричны», то оба они видели центроид Максвелла одинаково круглым – то есть с большой долей уверенности можно сказать, что центральная ямка у симметричных глаз устроена одинаково.
Правда, как пишет портал The Scientist пока неясно, почему такое равноправие глаз приводит именно к дислексии, причем тут особенности строения центральной ямки, и нет ли каких-то дополнительных факторов, которые все это связывают воедино. Однако, как полагают авторы работы, тест на доминантный глаз можно было бы уже сейчас использовать ля более надежной диагностики дислексии, если в диагнозе возникают какие-то сомнения.