Ученые выяснили, как максимально использовать ресурсы мозга

Исследователи из Высшей школы экономики и университетской клиники Шарите в Берлине разработали методику, позволяющую предсказать, в какие именно моменты обработка информации мозгом производится быстрее всего. Она также позволяет прогнозировать при помощи электроэнцефалографии (ЭЭГ) поведенческую реакцию на стимул на основе фазы колебаний. Такой подход в перспективе может найти применение в разных областях, включая терапию, спорт и обучение. Результатами исследования ученые поделились в журнале Neuroimage.

В человеческом мозге даже в состоянии покоя происходит генерация сложных колебаний, которые легко можно зарегистрировать с помощью ЭЭГ. Данные колебания имеют различные частоты и регистрируются специальными приборами как изменения электрического поля, генерируемого нейронами.

Согласно одной из существующих на сегодняшний день теорий, способность человека перерабатывать информацию и реагировать на разные стимулы зависит от того, на какую фазу или амплитуду колебаний приходит сигнал.

Ведущий научный сотрудник Центра нейроэкономики и когнитивных исследований НИУ ВШЭ Вадим Никулин пояснил все происходящее в мозге на примерах.

«Представьте, что человеку в качестве стимулов предъявляются слова, которые нужно запомнить. Интересным представляется тот факт, что то, насколько хорошо он запомнит слово, может зависеть от параметров сигнала, предшествующего предъявлению слова», - пояснил Никулин – «Или другой пример: время старта на стометровке у олимпийцев — реакция на стартовый выстрел может колебаться в диапазоне десятков миллисекунд. Это довольно большой разброс во времени, учитывая то, насколько важны эти самые миллисекунды на финише. Даже у одного атлета время реакции на стартовый стимул может варьировать очень существенно. То, насколько быстро спортсмен реагирует, может зависеть от того, в каком состоянии находился его мозг».

Ученый отметил, что скорость реакций нашего мозга зависит от его состояния: «В оптимальном для переработки информации состоянии мы реагируем на стимул быстрее, в неблагоприятном нейрональном состоянии — медленнее. В свою очередь, оптимальное состояние, приводящее к формированию быстрых реакций, связано со специфическими параметрами колебаний».

Факт, что реакция человека в ответ на стимул зависит от различных факторов, был установлен давно. Но теперь ученым удалось разработать новую многомерную методику, которая основана на максимизации зависимости между фазой колебаний и поведенческой реакцией. Для более точного предсказания времени реакции исследователи анализировали в ходе экспериментов активность мозга добровольцев, учитывая многомерное распределение параметров колебаний.

К указательному пальцу доминантной руки подопытных специалисты крепили датчик, который фиксировал мышечную активность, появляющуюся в ответ на подачу электростимула на указательный палец второй руки. ЭЭГ в этот момент регистрировало колебания в мозге. Таким образом авторы исследования показали, что скорость реакции человека зависит от фазы престимульных низкочастотных (< 1 Гц) колебаний.

Новый метод, по мнению ученых, играет большую роль для выявления нейрональных процессов, которые приводят к оптимальному реагированию на стимул.