Если механизм непроизвольного внимания в целом функционирует как прожектор, то он запускается автоматически, реагируя на внешние раздражители. Но когда речь идет о произвольном или контролируемом внимании, то необходима определенная команда, чтобы задать ему направленность. Чтобы сосредоточиться на определенной цели, например на лице в толпе, нам требуется обратиться к определенному типу памяти. Но как нам запомнить, на чем конкретно нам следует сосредоточиться?

Ответ прост — речь идет о рабочей (или оперативной) памяти. Рабочая память — это способность удерживать информацию и манипулировать ею короткое время, как правило, несколько секунд. Эта, на первый взгляд, элементарная функция чрезвычайно важна и незаменима для выполнения многих интеллектуальных операций. Прежде всего, рабочая память помогает контролировать внимание и решать логические задачи. Функциям рабочей памяти посвящены следующие главы моего исследования. Ниже я попытаюсь охарактеризовать понятие «рабочая память», а также проанализировать — как она соотносится с другими функциями мозга.

А теперь вернемся к Лотте, с ее напряженным и суматошным рабочим графиком. Например, когда она роется в ящиках своего загроможденного бумагами рабочего стола в поисках марки, она все время должна помнить, что именно она ищет. Беспорядок на столе свидетельствует о том, что многие объекты и цели конкурируют за ее внимание. Нейроны в визуальных областях мозга состязаются за право быть активизированными. Поэтому ей следует контролировать и регулировать свое внимание. Возможно, ее настолько раздражает беспорядок, что она закрывает ящик и начинает делать что-то другое. Но через пару секунд спрашивает себя, почему она закрыла этот ящик или где собственно находится марка. Команда найти марку стерлась из рабочей памяти.

Мы используем рабочую память, когда запоминаем телефонный номер или ищем бумагу и авторучку. В этом случае мы сохраняем в рабочей памяти вербальную информацию, и, кстати, при этом часто повторяем про себя цифры. Играя в шахматы, мы сохраняем визуальную информацию в рабочей памяти: «если я сделаю ход конем, то он съест моего коня своим слоном, но зато потом я съем его слона своим ферзем». Игра в шахматы развивает визуальную память и эвристические свойства мозга. И чтобы запомнить все возможные комбинации ходов, мы обращаемся к рабочей памяти.

Многие считают, что понятие «рабочая память», которое сейчас так активно используется, запустил в научный обиход психолог Алан Бэддели в начале 1970-х годов[30]. Он предложил разделить рабочую память на три блока. Один отвечает за хранение визуальной информации (visuo-spatial scratch pad — визуально-пространственная матрица), другой (the phonological loop — фонологическая петля) — за хранение вербальной информации, а центральный исполнитель (central executive) координирует функцию первых двух подсистем. Если мы запоминаем шахматные ходы, то используем визуальный блок, а когда запоминаем телефонный номер, — фонологическую петлю. В обоих случаях требуется координатор, и эту роль исполняет центральный исполнитель.

Если психологу нужно проверить нашу вербальную рабочую память, то он попросит нас повторить ряд чисел. Для проверки визуально-пространственной рабочей памяти он, как правило, использует тест, который называется «стратегия повторения». В этом тесте мы должны запомнить, в какой последовательности нам показывают разные кубики. Сначала нам покажут два кубика. После этого испытания мы перейдем к запоминанию следующего уровня, который состоит из трех кубиков, и так далее. Когда мы дойдем до уровня, состоящего из семи кубиков, то наверняка начнем делать ошибки. Когда уровень запоминания приблизится к 50 процентам (то есть мы будем ошибаться через раз), наша рабочая память достигнет предела. Это — максимальное количество информации, которое мы способны сохранить в нашей рабочей памяти. Итак, одна из базовых характеристик рабочей памяти — ограниченность ее объема.

Вернемся к предисловию: если нам скажут, например, «пройдите два квартала вперед, а затем поверните налево и пройдите еще один квартал», то мы запомним сразу. Но если команда звучит очень долго и превышает объемы нашей рабочей памяти, то мы вряд ли запомним сказанное.

Так что же такое собственно кратковременная память и как она соотносится с рабочей памятью? Кстати, ответ не так уж и прост и требует некоторых комментариев. Опыт показывает, что пациенты, имеющие травмы мозга, могут испытывать сложности с выполнением одного типа задач, в то время как другие задачи, требующие участия рабочей памяти, решаются довольно просто и не требуют особых усилий. Например, они могут повторять буквы, которые слышат, но не могут повторить их в заданном порядке, отвлекаются и не могут полностью сосредоточиться.

Таким образом, можно согласиться с утверждением, что рабочая память выполняет два разных типа задач. Некоторые психологи считают, что понятия «кратковременная» и «рабочая» память — синонимы. Но согласно мнению большинства исследователей, кратковременная и рабочая память функционируют по-разному. Рабочая память, согласно этой классификации, выполняет оперативные задачи, которые требуют определенных манипуляций. Для кратковременной памяти характерен относительно короткий период хранения информации, которая теряется в силу действия временного фактора или из-за поступления новой информации. Кратковременная память включает в себя фактор дистракции и требует навыка синхронного выполнения разных задач[31].

Но такая классификация грешит условностью. До конца не ясно, какие конкретные задачи закреплены за тем или иным типом памяти, и порой граница может быть очень зыбкой.

Этой проблематике посвящена следующая глава. Очень сложно провести четкую границу между кратковременной и рабочей памятью. Оба типа памяти включаются при активации одной и той же области мозга, но разница заключается именно в степени активации.

Существует фактор, который весьма усложняет задачу исследователей — одни и те же задачи решаются разными способами. Задача, которую выполняет кратковременная память у взрослых, у детей может решаться рабочей памятью. Многое зависит и от того, какой именно тип информации мы должны запомнить. Например, если нам нужно запомнить пять букв или знаков, то мы обращаемся к кратковременной памяти, — для этого мы повторяем про себя буквы или знаки. Но запомнить позицию из пяти единиц — гораздо более сложная задача, и поэтому к выполнению подобной процедуры приступает рабочая память. К тому же сам термин «кратковременная память» часть исследователей использует совершенно в ином контексте, например для обозначения начального этапа кодировки информации в долговременной памяти. Так что термин толкуется по-разному, и порой произвольно.

Конечно, в перспективе терминология будет уточняться, и появится термин, обозначающий стадию активности мозга в процессе выполнения разных задач рабочей памяти. К этому вопросу мы еще вернемся. Разные задачи рабочей памяти чаще всего описываются как «более пассивные» и «более активные». И только термин «рабочая память» уместен для характеристики большинства ситуаций в этом контексте. Так что следует определиться, какую роль играет визуально-пространственная рабочая память.

Ограниченный объем рабочей памяти отличает ее от долговременной памяти. В долговременной памяти мы храним информацию о разных событиях. Например, мы можем вспомнить, что мы ели вчера на обед. Мы можем также помнить факты, не связанные с определенными событиями, например значение того или иного слова или название столицы Марокко. Память о событиях называют эпизодической памятью, а память о фактах — семантической долговременной памятью. Количество информации, которая может храниться в долговременной памяти, практически не ограничено. Благодаря долговременной памяти мы можем запомнить, например, какое-либо событие или объект, а затем переключить свое внимание на что-то другое — на другое событие или объект. Через несколько минут или лет мы легко извлечем эту информацию из памяти. Рабочая память опирается на иные механизмы. Информация, сохраняемая в рабочей памяти, постоянно находится в фокусе нашего внимания.

Долговременная память кодирует воспоминания, активируя цепь биохимических и клеточных процессов. Гиппокамп — область мозга, отвечающая за процесс запоминания на ранней стадии, расположена в медиальных височных отделах полушарий, на поздней стадии запоминания играет менее существенную роль. Эту гипотезу подтверждает эффект электрошоковой терапии, которая используется для лечения депрессии[32]. После воздействия на мозг электрошоком в долговременной памяти, которая отвечает за раннюю и менее стабильную стадию кодирования, нарушается механизм кодирования. Люди, подвергшиеся воздействию электрошока, могут забыть о событиях, которые произошли несколько дней или несколько недель тому назад, хотя в то же время память может извлечь информацию, закодированную год назад.

Различие между долговременной памятью и рабочей памятью можно проиллюстрировать примером из нашей повседневной жизни. Если мы припарковали наш автомобиль перед супермаркетом, чтобы купить литр молока, то мы используем нашу долговременную память, чтобы вспомнить, где находится наш автомобиль, когда мы выйдем из магазина. Нам не придется непрерывно визуализировать место парковки, пока мы ходим по магазину. Вместо этого мы просто кодируем информацию, которую затем извлекаем. А рабочую память используем для того, чтобы вспомнить, что мы ищем литр молока, пока мы изучаем магазинные прилавки.

Таким образом, рабочая память обычно используется для того, чтобы хранить информацию в активном состоянии в течение нескольких секунд, в то время как долговременная память может хранить информацию в течение нескольких лет.

Различие между долговременной и рабочей памятью заключается в способе хранения информации. А когда именно мы ее сохранили, не играет роли.

Для наглядности приведу типичный пример. Однажды вечером мой друг познакомился в пабе с привлекательной женщиной. На прощание она продиктовала ему свой телефонный номер. Но вот незадача — у него не нашлось под рукой ручки или карандаша. Он не рискнул довериться своей долговременной памяти. Поэтому он сохранил номер в своей рабочей памяти, постоянно повторяя его про себя, всю дорогу, пока добирался домой. При этом он старался не смотреть на номера автомобилей, автобусов и другие цифры, чтобы не отвлекаться.

Через двадцать минут он добрался до дома и наконец записал ее номер телефона.

Теперь они женаты и счастливы, у них двое детей.

В 1970-е годы нейрофизиологи изучали структуры и механизмы рабочей памяти у приматов, в частности, у макак. Макака весит примерно десять килограммов, а ее мозг имеет всего пять сантиметров в диаметре. В плане интеллектуального развития макаки отстают, например, от шимпанзе, но зато макаки могут сохранять информацию в рабочей памяти. Объем памяти макаки можно сравнить с объемом памяти годовалого ребенка.

Макакам предлагали решить самые элементарные задачи, чтобы им было под силу с ними справиться. Раньше использовался такой тест: под одной из двух чашек прятали арахисовые орехи, а потом чашки накрывали тканью, так, чтобы обезьяна не могла их видеть. Затем ткань откидывали и предлагали обезьяне показать место, где находятся орехи. Если обезьяна сохраняла в своей рабочей памяти информацию о том, где находятся орехи, то она делала правильный выбор. Однако невозможно было исключить и другой вариант — обезьяна могла полностью повернуться всем своим туловищем к орехам и непрерывно смотреть на то место, куда они спрятаны. Таким образом, она использовала маленькие уловки, чтобы решить предложенную задачу. Чтобы избежать подобной погрешности, ученые использовали эффект задержки глазодвигательной реакции («oculomotor delay response task»).

Для простоты назовем это задание «точечным тестом». В точечном тесте обезьяну предварительно обучают — она должна научиться сосредотачивать взгляд на крестике, который видит прямо перед собой. Затем на периферии монитора начинает мигать точка. После нескольких секунд крестик, на котором обезьяна сконцентрировала свой взгляд, исчезает, и тогда она переводит свой взгляд на то место, где раньше видела точку. Нужно, чтобы во время периода ожидания обезьяна сохранила эту позицию в своей рабочей памяти.

Запоминать позицию из точек и затем сосредотачивать на них свое внимание — вряд ли многие из нас согласятся с тем, что именно так действуют механизмы рабочей памяти в повседневной жизни.

Проблема, однако, состоит в том, что точечный тест чересчур сложен, и обезьянам понадобится несколько месяцев, чтобы его освоить. Но этот тест по-своему незаменим, потому что он подчеркивает главную характеристику рабочей памяти: мы откликаемся не на то, что мы видим, а на информацию, которая хранится в нашем мозге.

Многие наши знания о том, как рабочая память кодирует информацию, мы почерпнули из исследований последних десятилетий, в которых использовались вариации этого теста.

Совпадения между задачами на контролируемое внимание и задачами рабочей памяти (точечный тест)

При ближайшем рассмотрении точечные тесты и тесты на внимание, которые проводил психолог Майкл Познер, во многом совпадают. В одном из экспериментов Познера стрелка указывала на ту часть экрана, где должна была появиться ожидаемая цель. Именно туда испытуемый направлял свое внимание. Этот тест не получится, если испытуемый не вспомнит, где появлялась цель. Таким же образом обезьяны вспоминают точку, которую им раньше показывали. Это демонстрирует, самым элементарным образом, как управляемое внимание, с одной стороны, и рабочая память, с другой стороны, накладываются друг на друга. Рабочая память необходима для управления вниманием. Мы должны помнить, на чем именно нам следует сконцентрироваться.

Нейрофизиолог Роберт Десимон одним из первых исследователей доказал наличие связи между вниманием и памятью. Он назвал компонент памяти в тестах на внимание оригиналом или шаблоном внимания («attentional template»)[33]. Мы используем примерно такой же механизм, когда ищем в толпе знакомое лицо: чтобы найти его, мы должны сохранять в нашей рабочей памяти цель нашего поиска. Однако следует принять во внимание, что частичное совпадение рабочей памяти и внимания относится только к произвольному вниманию. Непроизвольное внимание не требует использования рабочей памяти.

Впрочем, благодаря рабочей памяти мы не только запоминаем команды, цифры или события. Рабочая память играет важную роль, когда мы выполняем самые разные задачи. Чтобы убедиться в этом, можно провести следующий тест: прочитать вопрос, затем закрыть книгу и дать ответ. Например, сколько будет девяносто три минус семь плюс три?

Чтобы решить эту задачу, нам понадобится совершить несколько операций в определенном порядке. Большинство начинает с того, что вычитает семь из девяноста трех и получает восемьдесят шесть. Мы сохраняем эту информацию и одновременно извлекаем из памяти следующую задачу — а именно прибавить три. Теперь мы прибавляем три к восьмидесяти шести. Чтобы решить эту и подобные задачи, необходимо помнить вопрос, а также промежуточный результат вычислений. Рабочая память таким образом используется как станок для выполнения различных умственных задач, отсюда и ее название.

Точно так же рабочая память используется для того, чтобы хранить в памяти промежуточные итоги, когда нам приходится решать логические задачи. Например, «если идет дождь, то лужайка становится мокрой. Если лужайка мокрая, можем ли мы из этого факта заключить, что шел дождь?» Для решения подобных задач требуется доступ к информации, сохраненной в рабочей памяти. Профессор психологии Алан Бэддели предлагает следующее определение рабочей памяти:

Под термином «рабочая память» подразумевается система, которая может сохранять и обрабатывать информацию, необходимую для выполнения сложных когнитивных задач, таких как чтение, обучение и логическое мышление[34].

Матрицы Равена

На диаграмме показан один из тестов, часто используемый психологами с целью оценить общие интеллектуальные способности человека. Эта методика применяется уже в течение многих десятилетий и называется матрицами Равена[35].

Данный тест представляет собой трехстрочную и трехколонную матрицу символов, где в нижнем правом углу отсутствует один символ. Испытуемый должен догадаться, по какому принципу расположены символы — от ряда к ряду и от колонки к колонке. Найдя закономерность, он сумеет ответить на вопрос, какой символ должен находиться на пустом месте, выбрав один из предложенных ответов.

Оказывается, наша способность решать подобные задачи более всего зависит от того, какое количество информации мы способны сохранить в рабочей памяти. Одна из самых цитируемых статей на эту тему «Объем рабочей памяти определяет наш интеллектуальный уровень?», автор которой — немецкий психолог Хайнц-Мартин Зюс. После ряда исследований он пришел к выводу: «В настоящее время объем рабочей памяти — самый точный индикатор интеллекта, об этом свидетельствуют теоретические выкладки и практические исследования когнитивных возможностей человека»[36].

Психолог Рэндалл Энгл из Технологического института Джорджии (штат Атланта, США) также считает, что между рабочей памятью и способностью решать разные задачи (или, точнее, общим уровнем интеллекта, которому будет посвящена глава «Эффект Флинна») существует непосредственная связь. Связь между объемом рабочей памяти и общим уровнем интеллекта прослеживается в разных тестах. В одной из обзорных статей предлагается принять за коррелят соотношение 0,6 и 0,8 (где 0 — полное отсутствие корреляции, а 1 — абсолютный показатель)[37]. Если мы согласимся с этим соотношением, то следует признать: некоторые испытуемые успешно справляются с разными задачами (сформулированными, например, в матрицах Равена), а другие показывают результаты вдвое хуже. И этот феномен объясняется разным объемом памяти.

Почему рабочая память играет такую важную роль в процессе решения задач? На этот счет существуют разные точки зрения[38]. Для того чтобы правильно ответить на вопросы, сформулированные в матрицах Равена, нам приходится, как и в математических задачах, сохранять в рабочей памяти визуальную информацию, сортировать и перерабатывать ее, а также запоминать команды. Мы также должны контролировать наше внимание.

Согласно Рэндаллу Энглу, особенно важно частичное совпадение рабочей памяти и контроля внимания. Мы должны помнить, на чем нам следует сконцентрироваться.

Примечания:

3

Hallowell, E. Overloaded Circuits: Why Smart People Underperform. Harvard Business Review. 2005. Jan. 01.

30

О разных типах рабочей памяти см.: Baddeley, A.D. & Hitch, G.J. Working memory. Ingar i: G.A.Bower (red.), Recent Advances in Learning and Motivation, Vol. 8, New York: Academic Press. 1974. s. 47–89; а также более поздние работы, напр.: Baddeley, A.Working memory: looking back and looking forward. Nature Reviews Neuroscience, 2003.4:829–839. Алан Бэддели также предположил, что существует особая форма рабочей памяти — эпизодический буфер, который хранит фрагменты информации в рабочей памяти.

31

До сих пор нет единой позиции о разных формах активности при выполнении задач рабочей памяти и различиями между кратковременной и рабочей памятью. Есть сторонники теории, согласно которой медиальная префронтальная кора активизируется при выполнении задач рабочей памяти, не требующих манипуляций. Они же предполагают, что верхние дорсолатеральные области активизируются только при выполнении манипуляций. О подобном подходе и результатах экспериментов см.: Owen, A.M., Evans, А.С. & Petrides, M.Evidence for a twostage model of spatial working memory processing within the lateral frontal cortex: a positron emission tomography study. Cerebral Cortex, 1996. 6:31–38; D'Esposito, M., Aguirre, G.K., Zarahn, E., Ballard, D., Shin, R.K. & Lease, J. Functional MRI studies of spatial and nonspatial working memory. Cognitive Brain Research. 1998. 7:1-13. В то же время многие исследователи опровергают эту точку зрения, полагая, что в задачи рабочей памяти не входят манипулятивные функции, такие как точечные тесты. Они считают, что рабочая память активизирует дорсолатеральную область передней доли мозга. См.: Curtis, C.E., Rao.V.Y. & D'Esposito, M.Maintenance of spatial and motor codes during oculomotor delayed response tasks. Journal of Neuroscience, 2004.24:3944–3952. О том, что эти области сохраняют непрерывную активность в период ожидания, даже когда не проводятся никакие манипуляции, см.: Cohen, J.D., Pearstein, W.M., Braver,T. S., Nystrom, L.E., Noll, D.C., Jonides, J. & Smith, E.E. Temporal dynamics of brain activation during a working memory task. Nature. 1997. 386:604–608. Д'Эспозито и Кертис различают процесс выполнения манипуляций и нулевой процесс. Об этом см.: Curtis, C.E. & D'Esposito, M.Persistent activity in the prefrontal cortex during working memory. Trends in Cognitive Sciences. 2003. 7:415–423.

32

О воздействии электрошока на долговременную память см.: Squire, L.R. Memory and Brain. New York: Oxford University Press. 1987.

33

Понятие «The attentional template» («шаблон внимания») заимствовано из источника: Desimone, R. & Duncan, J. Neural mechanisms of selective visual attention. Annual Reviews of Neuroscience. 1995. 18:193–222. О роли визуальной памяти в процессе внимания см.: Desimone, R. Neural mechanisms for visual memory and their role in attention. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 1996. 93:13494-13499; Awh, E. & Jonides, J. Overlapping mechanisms of attention and spatial working memory. Trends in Cognitive Sciences. 2001. 5:119–126.

34

Baddeley, A. Working Memory. Science, 1992.255:556–559.

35

Оригинальные матрицы Равена см.: Raven, J.С. Advanced Progressive Matrices. 1990. Set II. Oxford: Oxford. Psychology Press.

36

Цитата приведена по источнику: SuB, H.M., Oberauer, К., Wittmann, WW, Wilhelm, O. & Schulze, R.Working-memory capacity explains reasoning ability — and a little bit more. Intelligence. 2002, 20:261–288.

37

О соотношении рабочей памяти и интеллектуального коэффициента см.: Kyllonen, Р.С. & Christal, R.E. Reasoning ability is (little more than) working-memory capacity?! Intelligence. 1990,14:389–433.

38

Engle, R.W, Kane, M.J., & Tuholski, S.W Individual differences in working memory capacity and what they tell us about controlled attention, general fluid intelligence and functions of the prefrontal cortex. In: A. Shah, & P. Shah (red.). Models of working memory: mechanisms of active maintenance and executive control. New York: Cambridge University Press. 1999, s. 102–134. В продолжение дискуссии на эту тему см.: Klingberg.T. Development of a superior frontal-intraparietal network for visuo-spatial working memory. Neuropsychologia, 2006. 44 (11):2171–2177; Fry, A.F. & Hale, S. Relationships among processing speed, working memory, and fluid intelligence in children. Biological Psychology, 2000. 54:1-34; SuB, H.M., Oberauer, K., Wittmann, WW, Wilhelm, O. & Schulze, R. Working memory capacity explains reasoning ability — and a little bit more. Intelligence. 2002, 30 (3):261–288 (28). О корреляции между рабочей памятью и интеллектом см.: Conway, A.R., Kane, M.J. & Engle, R.W. Working memory capacity and its relation to general intelligence. Trends in Cognitive Sciences. 2003, 7:547–552.