Два режима работы мозга

Статья на конкурс «Био/Мол/Текст»: Бывало ли у вас такое специфическое чувство блуждания ума во время чтения книги, пролистывания ленты соцсетей, прогулке по улице, отдыха, при погружении в свои мысли? А потом что-то вытягивало вас из этого туманного белого шума размышлений. Севший на руку комар, неожиданный шум, какой-то внешний стимул — и ваше внимание переключалось с себя на что-то другое? За такое пассивное состояние ответственен определенный режим функционирования мозга, называемый сетью режима работы мозга по умолчанию. Сами сети мозга представляют собой сложные системы нейронов, которые соединяют между собой различные области мозга и работают слаженно при определенном виде когнитивных задач. Изучение сетей мозга предоставляет нам хорошую и связную модель его работы в различных когнитивных задачах.

Исторический экскурс

Еще столетие назад для всего научного сообщества представление о работе центральной нервной системы было таковым, что наш мозг становится активным только во время выполнения задач или целенаправленной деятельности.

Первым ученым, который заявил, что наш мозг работает всегда, был Ханс Бергер, отец электроэнцефалограммы (ЭЭГ). С помощью гальванометра уже не молодой профессор смог зафиксировать поверхностную биоэлектрическую активность, как в состоянии покоя, так и при решении какой-либо задачи, придя в итоге к выводу, что человеческий мозг активен постоянно, с поправкой на то, что в состоянии покоя у человека проявляются определенные ритмы мозга — альфа-волны. Это событие можно считать первой успешной электрофизиологической практикой в исследовании мозговой активности человека. Разумеется, в современный вид ЭЭГ привели позднее, в 1940–50-ые годы, когда в практику ввели достаточно мощные усилители и осциллографы.

На протяжении последующих лет метод ЭЭГ многократно модифицировался, открывались новые ритмы мозга, вводились в практику качественные усилители, более чувствительные электроды, при этом он оставался чуть ли не единственным электрофизиологическим методом изучения биоэлектрической активности мозга. Однако в 1950-ых годах началась разработка метода позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ). В основе этого метода лежит возможность при помощи специального детектирующего оборудования (ПЭТ-сканера) отслеживать распределение в организме биологически активных соединений, меченных позитрон-излучающими радиоизотопами.

К началу 1980-х годов, спустя пять лет после доработки, ПЭТ [1] начала привлекать внимание когнитивных психологов, став в дальнейшем очень распространенным методом нейровизуализации. Но тогда при изучении каких-либо функций мозга не предполагалось наличие контрольного состояния без задачи, контроль всегда должен был иметь все элементы задания, кроме одного элемента, с помощью которого и будет проводиться измерение. Например, вы можете видеть некое слово на карточке или на демонстрационном экране, но не должны читать его вслух до того, как вам скажут.

Самое интересное началось, как всегда, из-за случайности и любопытства. Гордон Шульман при проведении подобных когнитивных тестов увидел, как во время отдыха испытуемого, пока он настраивал приборы или менял карточки с заданиями, вместо спонтанной активации какой-либо из зон, ответственных за выполнение задания, начинал мерцать целый комплекс слаженных между собой структур [2]. Это была «Эврика» Шульмана. Конечно, об этом феномене нужно было донести миру, но, к сожалению, его статью отклонили, ссылаясь на то, что данные могли быть обработаны неправильно.

Но тут за ученого в 2001 году вступился Маркус Райхл (рис. 1). В своей статье он и его коллеги из Стэнфордского университета (где также работал Шульман) с помощью МРТ и ПЭТ показали «существование организованного, базового режима работы мозга по умолчанию, который приостанавливается во время определенных целенаправленных форм поведения» [3].

Назвав данную сеть мозга «дефолтной сетью», или «сетью режима по умолчанию», или «сетью в отсутствие задачи», Маркус Райхл и Гордон Шульман задали новое направление в нейронауках по исследованию сетей мозга (рис. 2) [4], а также нарушений их работы при патологиях.

Также стоит отметить появление магнитно-резонансной томографии (МРТ): она не использует ионизирующее излучение, как ПЭТ и КТ, в ее основе лежит явление ядерного магнитного резонанса. Но больше нас интересует основанный на изменении тока крови в мозге метод функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ). Когда активна какая-либо зона мозга, приток крови к ней увеличивается.

Введение в нейронные сети мозга

Так что же такое нейронные сети?

Нейронные сети головного мозга — это совокупность областей мозга, которые демонстрируют схожую нейронную активность анатомически удаленных друг от друга или находящихся рядом структур, что называется функциональной связностью. Сети мозга также могут подавлять активность друг друга или синхронизироваться в зависимости от задач [3–5].

Изучают такие сети с помощью методов нейровизуализации [1] в реальном времени, с последующей статистической обработкой.

Явление функциональной связи нейронных сетей позволяет нам говорить о том, что в процессе выполнения различных когнитивных функций мозга работа нескольких анатомически отдаленных структур коррелирует относительно всей остальной его активности. Это позволяет выделить функциональные центры, которые проявляют наибольшую активность во время каких-либо задач, но нужно также понимать, что в этот момент работают и все остальные сети, просто с разной активностью.

На данный момент описано 12 сетей мозга (рис. 3) [6]. Все вместе они образуют полную карту связей мозга, называемую коннектомом. Существует проект «1000 функциональных коннектомов», где размещается огромное количество открытых данных исследований для различных видов анализа, так как до сих пор ученые ищут те алгоритмы обработки, которые позволят наиболее точно отразить сети мозга.

Самые исследованные из сетей мозга за прошедшие два десятилетия — это:

• дорсальная сеть внимания (Dorsal Attention Network, DAN) — ответственна за внешнее внимание и решение логических задач;
• сеть значимости (Salience Network, SN) — играет ключевую роль в определении значимости различных стимулов, помогает переключаться между сетями внимания и сети по умолчанию;
• сеть пассивного режима работы мозга (Default Mode Network, DMN) — активна, когда человек бодрствует и находится в покое, а также связана с нашим разумом и определением «я»;
• слуховая сеть (Auditory Network, AN) — отвечает за восприятие звуковых сигналов;
• первичная и вторичная зрительная сеть (Primary Visual Network, PVN и Secondary Visual Network, SVN) — отвечает за обработку зрительной информации, распознавание форм и образов, по-разному вовлекаясь в процесс с течением времени;
• языковая (Language Network, LAN) — ответственна за операции, связанные с языком, восприятием и порождением речи;
• сеть когнитивного контроля (Frontoparietal Network, FPN или Central Executive Network, CEN) — участвует в выполнении задач, требующих сосредоточенного внимания, использования рабочей памяти и принятия решений;
• соматомоторная (Somatomotor Network, SMN) — ответственна за тактильное восприятие, планирование и координацию движений;
• еще три сети — задняя мультимодальная (PMM), вентральная мультимодальная (VMM) и орбито-аффективная (ORA) — были открыты только в 2019 году, поэтому их функции еще не полностью исследованы.

Когда работает сеть режима по умолчанию и для чего нужна

Понять, когда и для чего работает сеть мозга по умолчанию, нам поможет пример из эксперимента. Райхл исследовал мозг испытуемых во время отдыха с открытыми глазами, что соответствует режиму по умолчанию (именно поэтому сеть так и назвали), когда наблюдалась более высокая активность определенных зон мозга по сравнению с остальными. Дальше можно привести пример с карточками прилагательных. Испытуемых просили просмотреть специально подобранные прилагательные и выполнить задание (рис. 4) [7], [8].

В первом вопросе участники исследования направляли свои мысли на самого себя, сопоставляя представление о себе с прочитанным словом, — в этих случаях активировалась сеть по умолчанию. А во втором задании, когда нужно сконцентрироваться на внешнем объекте (слове) и провести его анализ, уже включается дорсальная сеть внимания.

Используя разнообразные задания, мы могли бы выделить еще больше функций, которые выполняет сеть по умолчанию:

1. участвует в автобиографическом и других типах описания себя; это все, что направлено на собственное «я»;
2. способствует распознаванию, описанию и анализу эмоций себя и других людей;
3. контролирует различение хорошего и плохого в понимании социума и морали;
4. отвечает за социальное взаимодействие — понимание социальных характеристик и статуса группы и ее отдельных представителей [9];
5. задействована при воспоминаниях о прошлом и размышлениях о будущем, особенно когда это касается самого человека;
6. активна при креативном мышлении, развитии идей [10].

В каких зонах мозга находится сеть по умолчанию?

Сеть по умолчанию состоит из множества связанных друг с другом центров, или хабов [11]. Активация этих хабов различна в зависимости от типа задачи, в которую включается испытуемый. Стоит сразу сказать, что исследование анатомического строения и функций центров сети по умолчанию идет до сих пор. Ученые подбирают новые, более конкретные виды экспериментов и методик для выявления специфических функций центров DMN.

Сеть мозга по умолчанию представляет собой функциональное объединение медиальной префронтальной коры, задней поясной коры и задней части нижней теменной доли в своей основе (рис. 5).

Медиальная префронтальная кора (MPFC) — это один из главных центров принятия решений. Активна в автобиографической памяти, постановке целей, понятии морали. Участвует в вознаграждении и получении положительных и негативных эмоций (радость и злость) из-за тесной связи с лимбическим мозгом.

Задняя поясная кора (PCC): ее нижние отделы активируются почти во всех задачах, связанных с сетью по умолчанию, особенно стоит выделить задачи, связанные с нашим внутренним «я», с представлениями о других и с нашим прошлым, размышлениями о будущем и восприятием собственного «я».

Задняя нижняя теменная доля (pIPL) и угловая извилина (AG) соединяют между собой большое количество структур сети по умолчанию, также они задействованы во внимании (так как остальные части нижней теменной дольки ассоциированы с дорсальной сетью внимания), и помогают в части припоминания эпизодических воспоминаний [10]. Сеть мозга по умолчанию также связана с такими анатомическими зонами, как нижняя часть лобной извилины, средней височной извилины, верхней височной борозды, парагиппокампальной коры и даже мозжечка [12].

На рисунке 3 читатель мог заметить, что подкорковые структуры не выделены и не отнесены к сетям мозга. Во многом это связано с тем, что во многих исследованиях снимки мозга статистически усредняются, из-за чего некоторые регионы мозга размываются. Но в последние годы проводятся исследования, направленные на закрытие таких пробелов. Например, в 2019 году ученые из Brain Connectivity and Behaviour Laboratory (Париж, Франция) связали вместе DMN и подкорковые структуры, такие как базальный передний мозг, холинергические ядра, передние и медиальные дорсальные ядра таламуса (рис. 6) [13].

Сеть по умолчанию задействована во многих состояниях и задачах, поэтому ученые из Австралии решили выяснить, какие именно узлы сети за что ответственны, как они между собой взаимодействуют при самореферентом анализе и отдыхе [7]. Отобрав 88 здоровых людей, просканировав их при выполнении различных задач на активность в сети DMN, они смоделировали различные связи между сетями. Оптимальной оказалась та модель, в которой процессы, связанные с восприятием собственного «я», управлялись активностью задней поясной коры и регулировались медиальной префронтальной корой.

Медиальное дорсальное ядро таламуса (Mediodorsal Thalamus MD) и базальный передний мозг (Basal Forebrain BF) — подкорковые структуры, которые выполняют важную роль в активации и регуляции сети по умолчанию. Ученые из Мельбурнского университета нейропсихиатрии установили, что таламус принимает участие в задачах на самоанализ и определения «я», в то время как базальный передний мозг переключает сеть с отдыха на самоориентрованную активность, а также на внешние задачи (рис. 7).

Сеть по умолчанию и креативность

Креативность — это умение человека генерировать новые и полезные идеи.

Нельзя определить одну структуру как ответственную за креативность, но у нас есть прекрасные сети мозга, которые как раз-таки приоткрывают небольшую завесу тайны над данной сложной когнитивной функцией.

Ученые из Израиля придумали довольно оригинальный метод для определения роли сети по умолчанию в заданиях на креативность [14]. Они решили, что пока проходит операция по удалению опухоли, можно стимулировать напрямую дефолтную сеть мозга и посмотреть, что будет.

Суть исследования была в том, что ученые с помощью заданий оценивали дивергентное мышление (которое является одним из компонентов креативного мышления), где испытуемый должен предложить разнообразные альтернативные варианты использования обычных повседневных предметов. Оценивались два параметра — это оригинальность и скорость мышления.

Прямая стимуляция коры на пациентах (с полного их согласия и используя специальные неинвазивные электроды) во время операции на мозге позволила получить довольно интересные результаты. Так, стимуляция главных узлов DMN приводила к снижению скорости придумывания альтернативных вариантов, но не снижала оригинальности. Таким образом, можно сделать вывод о том, что сеть мозга по умолчанию вовлечена больше в развитие одной какой-либо идеи (оригинальность), чем подбор нескольких (скорость мышления).

Связь сети по умолчанию с болезнями и психическими расстройствами

Наконец, изменение связности в DMN наблюдается при большом количестве заболеваний мозга, включая болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона, шизофрению, депрессию, височную эпилепсию, синдром дефицита внимания и гиперактивности, наркоманию и другие. Здесь будет несколько любопытных примеров.

Пациенты с болезнью Альцгеймера демонстрируют общее снижение активности мозга, которое коррелирует с симптомами расстройства. Сеть режима по умолчанию и сеть внимания противопоставлены друг другу, или же антикоррелируют. Но при болезни Альцгеймера и легких когнитивных нарушениях эта антикорреляция нарушается [15]. Поэтому можно надеяться на то, что глубокий анализ сети мозга по умолчанию у человека откроет возможности обнаруживать болезнь Альцгеймера на ранних стадиях.

Ослабленные связи между функциональными центрами сети по умолчанию наблюдались при увеличении тяжести симптомов посттравматического стрессового расстройства. Важную роль в этом процессе играла медиальная префронтальная кора, так как она участвует в вознаграждении, и, из-за ослабевших связей, мотивация в целом снижалась. Поэтому возможно, что нарушения в этой области связаны с распространенными негативными мыслями, которые часто присутствуют при ПТСР. Эти результаты можно использовать для лечения ПТСР с помощью стимуляции префронтальной коры [16].

У пациентов с шизофренией наблюдается повышенная активность сети по умолчанию. Существует гипотеза, связывающая галлюцинации при шизофрении с этой повышенной активностью, из-за которой больные не могут переключиться на информацию от внешних стимулов [17].

Таким образом, информация об организации, строении и связях в сети мозга по умолчанию, и, самое главное, изменения в ней при болезнях, могут играть важную роль в клинической нейрофизиологии и психиатрии [18].

Заключительное слово

Подводя итоги, можно сказать, что сеть мозга по умолчанию — это сложная система, которая жизненно важна для коммуникации, познания и восприятия эмоций в человеческом мозге. Понимание сети мозга по умолчанию может помочь нам лучше понять механизмы работы мозга и расширить наши знания в области неврологии и психического здоровья, а также приоткрыть завесу тайны рождения нашего «я».

1. 12 методов в картинках: нейробиология;
2. Gordon L. Shulman, Julie A. Fiez, Maurizio Corbetta, Randy L. Buckner, Francis M. Miezin, et. al.. (1997). Common Blood Flow Changes across Visual Tasks: II. Decreases in Cerebral Cortex. Journal of Cognitive Neuroscience. 9, 648-663;
3. Marcus E. Raichle, Ann Mary MacLeod, Abraham Z. Snyder, William J. Powers, Debra A. Gusnard, Gordon L. Shulman. (2001). A default mode of brain function. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.. 98, 676-682;
4. Marcus E. Raichle. (2015). The Brain’s Default Mode Network. Annu. Rev. Neurosci.. 38, 433-447;
5. Randy L. Buckner, Lauren M. DiNicola. (2019). The brain’s default network: updated anatomy, physiology and evolving insights. Nat Rev Neurosci. 20, 593-608;
6. Jie Lisa Ji, Marjolein Spronk, Kaustubh Kulkarni, Grega Repovs, Alan Anticevic, Michael W. Cole Mapping the human brain’s cortical-subcortical functional network organization — Cold Spring Harbor Laboratory;
7. Christopher G. Davey, Jesus Pujol, Ben J. Harrison. (2016). Mapping the self in the brain’s default mode network. NeuroImage. 132, 390-397;
8. Ben J Harrison, Christopher G Davey, Hannah S Savage, Alec J Jamieson, Christine A Leonards, et. al.. (2022). Dynamic subcortical modulators of human default mode network function. Cerebral Cortex. 32, 4345-4355;
9. Jessica R. Andrews-Hanna. (2012). The Brain’s Default Network and Its Adaptive Role in Internal Mentation. Neuroscientist. 18, 251-270;
10. Sheng Zhang, Chiang-Shan R. Li. (2014). Functional Clustering of the Human Inferior Parietal Lobule by Whole-Brain Connectivity Mapping of Resting-State Functional Magnetic Resonance Imaging Signals. Brain Connectivity. 140130070445002;
11. Andreas Horn, Dirk Ostwald, Marco Reisert, Felix Blankenburg. (2014). The structural–functional connectome and the default mode network of the human brain. NeuroImage. 102, 142-151;
12. Lucina Q. Uddin, B. T. Thomas Yeo, R. Nathan Spreng. (2019). Towards a Universal Taxonomy of Macro-scale Functional Human Brain Networks. Brain Topogr. 32, 926-942;
13. Pedro Nascimento Alves, Chris Foulon, Vyacheslav Karolis, Danilo Bzdok, Daniel S. Margulies, et. al.. (2019). An improved neuroanatomical model of the default-mode network reconciles previous neuroimaging and neuropathological findings. Commun Biol. 2;
14. Ben Shofty, Tal Gonen, Eyal Bergmann, Naama Mayseless, Akiva Korn, et. al.. (2022). The default network is causally linked to creative thinking. Mol Psychiatry. 27, 1848-1854;
15. Junkai Wang, Jianghong Liu, Zhiqun Wang, Pei Sun, Kuncheng Li, Peipeng Liang. (2019). Dysfunctional interactions between the default mode network and the dorsal attention network in subtypes of amnestic mild cognitive impairment. Aging. 11, 9147-9166;
16. Teddy J. Akiki, Christopher L. Averill, Kristen M. Wrocklage, J. Cobb Scott, Lynnette A. Averill, et. al.. (2018). Default mode network abnormalities in posttraumatic stress disorder: A novel network-restricted topology approach. NeuroImage. 176, 489-498;
17. Wenbin Guo, Feng Liu, Jindong Chen, Renrong Wu, Lehua Li, et. al.. (2017). Hyperactivity of the default-mode network in first-episode, drug-naive schizophrenia at rest revealed by family-based case–control and traditional case–control designs. Medicine. 96, e6223;
18. Jessica R. Andrews-Hanna, Jonathan Smallwood, R. Nathan Spreng. (2014). The default network and self-generated thought: component processes, dynamic control, and clinical relevance. Ann. N.Y. Acad. Sci.. 1316, 29-52.

Наш мозг никогда не отдыхает

На заре исследований мозга с помощью функционального МРТ ученые использовали достаточно понятный подход к изучению локализации определенных функций – они просили участников в начале эксперимента расслабиться и ни о чем не думать и фиксировали мозговую активность.

Далее участника исследования просили выполнить какую-нибудь задачу, скажем, на внимание, и снова фиксировали активность в головном мозге. Соответственно, разница в активности между двумя зафиксированными состояниями должна была показать, какая именно из частей мозга активировалась для выполнения поставленной задачи.

Однако до начала 2000 мало кто задавался вопросом: а что за активность в мозгу происходит в начале эксперимента, когда участника просят расслабиться и ни о чем не думать? В 2001 году Маркус РейчелRaichle, M. E., MacLeod, A. M., Snyder, A. Z., Powers, W. J., Gusnard, D. A., & Shulman, G. L. (2001). A default mode of brain function. Proceedings of the National Academy of Sciences, 98(2), 676-682.  обратил внимание на схожесть паттернов активации в расслабленном состоянии, которые получили название – Default Mode Network (сеть пассивного режима работы мозга, далее DMN). 

Ум любит поблуждать без нашего контроля

Примерно в те же самые годы, а вернее, в 2006 году, психологи Джонатан Смоллвуд и Джонатан СкулерSmallwood, J., & Schooler, J. W. (2006). The restless mind. Psychological bulletin, 132(6), 946.взбудоражили научный интерес к Mind Wandering (блуждание ума), а именно – ментальной активности, которая происходит, когда мы не сфокусированы на задаче.

Как вы уже догадались, позднее было установлено, что во время процесса mind wandering активируется именно вышеупомянутая сеть DMN. И действительно, как показала почти 10 лет спустя в своих работах Джессика Эндрюс-ХаннаAndrews-Hanna, J. R. (2012). The brain’s default network and its adaptive role in internal mentation. The Neuroscientist, 18(3), 251-270., в DMN входят участки мозга, которые активируются во время мыслей о будущем, воспоминаний о прошлом, мыслях о самом себе, мыслях об отношении к нам других людей.

А еще они отвечают за принятие моральных и этический решений, или за воображение и фантазию. Другими словами, DMN активируется во время тех самых мыслей, которые приходят к нам в голову в процессе mind wandering, или, проще говоря, когда мы ни о чем не думаем, мечтаем и витаем в облаках. 

Вред или польза?

Однако изучение этих двух тем приняло совсем другой оборот, и об активности DMN и процессе mind wandering заговорили как о чем-то вредном, что отвлекает нас от задач, мешает нам и даже ведет к негативным эмоциям, плохому настроению и тревожным мыслямKillingsworth, M. A., & Gilbert, D. T. (2010). A wandering mind is an unhappy mind. Science, 330(6006), 932-932..

Для этого действительно были основания: функциональное МРТ показало, что как только человек на чем-то сфокусирован, активируются совсем другие сети (отвечающие за разные типы внимания, которые принято называть Task-Positive Networks), а вот активность DMN снижается.

Блуждание ума тоже стали изучать в контексте задач и способности удержать внимание, говоря о том, как улетающие мысли во время уроков мешают ученикам учиться, а во время вождения автомобиля приводят к авариям. Но если процесс блуждания ума настолько вреден, почему Homo Sapiens продолжает проводить в этом состоянии по разным оценкам почти 50% времени? Неужели эволюционно этот механизм бы не изжил себя?

И на этот вопрос последние лет семь ученые стали активно искать ответ и пришли ко многим интересным выводам. 

Памяти нужен отдых

Начнем с того, что DMN активируется во время сна. Изначально предполагалось, что эта сеть активна только во время REM-фазы сна, которая играет решающую роль в восстановлении за ночь ментальных функций, а также в которую мы видим большую часть сновидений. Однако оказалось, что DMN чуть менее, но все же активно и во время глубокого снаSämann, P. G., Wehrle, R., Hoehn, D., Spoormaker, V. I., Peters, H., Tully, C., & Czisch, M. (2011). Development of the brain’s default mode network from wakefulness to slow wave sleep. Cerebral cortex, 21(9), 2082-2093..

Кроме того, исследования показали, что те, кто плохо спал ночью, гораздо чаще погружаются в состояние mind wandering, чем те, кто спал хорошо. Это привело к мыслям, что, возможно, функции сна и mind wandering в чем-то схожи. Неспроста же в английском языке мечты и сновидения называются одним словом – «dream».

И действительно, исследования показали, что те участники, которые во время изучения нового материала делали перерывы на полный отдых с отключением головы, гораздо лучше запоминали материал и смогли его воспроизвести через несколько недель, чем те, кто в перерывах был вовлечен в активную деятельность, такую как просмотры видео, написание текста или чтение.Wamsley, E. J. (2019). Memory consolidation during waking rest. Trends in cognitive sciences, 23(3), 171-173..

Проблемы можно переспать или проблуждать

Народная мудрость «утро вечера мудренее» тоже имеет под собой вполне научное объяснение связанное с DMN. Как я уже упоминала выше, в эту сеть входят участки, которые активируются во время решения проблем, а также творческого процесса.

Я думаю, вы согласитесь, что для решения сложных задач действительно нужно включить воображение и фантазию. Исследования показали, что DMN активируется, например у музыкантов, когда они сочиняют в голове музыкуBashwiner, D. M., Bacon, D. K., Wertz, C. J., Flores, R. A., Chohan, M. O., & Jung, R. E. (2020). Resting state functional connectivity underlying musical creativity. NeuroImage, 218, 116940., а моменты «прозрения» (в англ. aha-moments) происходят именно тогда, когда человек ничем не занят и «отпускает» свой мозгSprugnoli, G., Rossi, S., Emmendorfer, A., Rossi, A., Liew, S. L., Tatti, E., & Santarnecchi, E. (2017). Neural correlates of Eureka moment. Intelligence, 62, 99-118..

Восприятие нас самих и отношения с другими людьми

Немаловажную роль процесс блуждания ума играет и в нашем взаимодействии с окружающим миром. Недаром, когда мы перестаем контролировать свои мысли, зачастую мы начинаем думать о себе самом или представлять разные сцены с участием других людей. Это очень важная особенность человека, быть способным анализировать прошлое и уметь представлять будущее.

Действительно, DMN включает в себя те зоны, которые отвечают не только за автобиографические мысли, а также и за внутреннюю модель осознания «другого» (в англ. – theory of mind) Andrews-Hanna, J. R. (2012). The brain’s default network and its adaptive role in internal mentation. The Neuroscientist, 18(3), 251-270., способность человека понимать, что мысли в голове другого человека отличаются от его собственных мыслей.

То есть для того, чтобы разрешить межличностный конфликт, понять, как лучше поговорить с начальником, или осознать точку зрения партнера, иногда лучше снова отпустить свой контроль и позволить вашему мозгу самому «переварить» ситуацию.

Мотивация к жизни

Интересную теорию предложил современный философ Джошуа ШтэфордShepherd, J. (2019). Why does the mind wander?. Neuroscience of consciousness, 2019(1), niz014.. Он проанализировал огромное количество работ на тему mind wandering и пришел к выводу, что самая главная роль этого процесса – поддержание в человеке желания жить.

С ним сложно не согласиться, действительно, именно блуждание ума позволяет нам представить наше будущее, представить, что же будет, когда мы добьемся какой-то цели, как будет выглядеть наша жизнь, когда мы свяжем ее с каким-то человеком, и именно эти фантазии являются основным топливом для человека что-то создавать, творить, делать, одним словом – жить.

Так что же насчет тревоги и депрессии?

Несмотря на все эти уже доказанные очевидно полезные функции дневного мечтания, даже среди ученых неройсаентистов сохраняется стигма, гласящая, что активность DMN связана с тревожными состояниями, и даже депрессией.

Однако Калина КристоффChristoff, K., Irving, Z. C., Fox, K. C., Spreng, R. N., & Andrews-Hanna, J. R. (2016). Mind-wandering as spontaneous thought: a dynamic framework. Nature Reviews Neuroscience, 17(11), 718-731.показала в своих исследованиях, что руминации (от англ. ruminations – тревожные мысли) вызваны не активностью DMN, а нарушениями связей внутри самой сети и между DMN и сетями внимания, о которых я писала выше.

То есть зацикленность и тревожность – это скорее патология, чем следствие активации сети. То же самое показали и исследования мозга людей с посттравматическим расстройством, в их случае в спокойном состоянии DMN почти не активируется или активируется с нарушениямиBluhm, R. L., Williamson, P. C., Osuch, E. A., Frewen, P. A., Stevens, T. K., Boksman, K., … & Lanius, R. A. (2009). Alterations in default network connectivity in posttraumatic stress disorder related to early-life trauma. Journal of psychiatry & neuroscience: JPN, 34(3), 187.. 

Руководство к действию

Вернемся к постоянно погруженными в задачи людям, постоянно погруженным в ноутбуки, а в перерывах – в смартфоны. Каждый раз, когда ваши глаза направлены на яркую картинку, сопровожденную информацией и ярким светом, активируются сети, отвечающие за внимание, которые, как я упомянула выше, выключают DMN.

Это может привести к следующим последствиям: в попытках компенсировать нагрузку и отдохнуть мозг будет пытаться активировать DMN даже тогда, когда вы пытаетесь сфокусировать на задаче, это будет выражаться в рассеянности внимания и потери концентрации. Регулярные перегрузки скорее всего скажутся на памяти, просто потому что информации поступает много, а обработать ее некогда.

Далее может появиться состояние переутомления и сонливости, ваш мозг будет пытаться уложить вас спать, чтобы наконец-то разобрать все завалы. Скорее всего, нужное количество сна, как и нужно количество отдыха вы не сможете себе обеспечить, что уже может привести к более серьезным нарушениям – а с ними к состоянию выгорания, потери мотивации, ангедонии, тревожности и депрессии.

Так почему же не приучить себя пару раз в день минут на 30 откладывать в сторону все то, что требует вашего активного внимания и дать своему мозгу возможность разгрузиться? Попробуйте отложить в сторону книги, смартфоны, планшеты, когда едете в метро, посмотрите по сторонам, отпустите свое сознание.

Как бы вам ни хотелось взять контроль над мозгом, этот орган гораздо «умнее» вас и хорошо знает свою работу, так оставьте же его в покое. Позвольте вашей голове отправиться в свободный полет, и уже через пару недель вы заметите, как мозг скажет вам «спасибо», выраженное в гениальных идеях и невероятном вдохновении.

Фото на обложке: pixabay.com

В прошлых статьях я затронул тему развития мозга. Основная мысль в том, что мозг развивался таким образом, чтобы обеспечить наиболее быструю и точную реакцию на внешние стимулы с помощью выработанных автоматизмов и моделей. Если существующие представления о реальности входят в противоречие с информацией, которую мы получаем с помощью органов чувств, или соответствующий набор реакций не позволяет нам удовлетворить имеющуюся потребность, включается сознательное мышление. С помощью сознательного мышления мы уточняем карту реальности, вырабатываем новые автоматизмы и корректируем существующие. Бессознательный и сознательный уровень мышления обеспечивают нам наилучшую адаптацию к изменениям окружающей среды.

Давайте попробуем разобраться в существующих теориях мышления. Обилие разных терминов и недостаточная изученность вопроса делает это непростой задачей.

Теория двойственного процесса мышления

В когнитивной психологии существование двух уровней мышления получило названия дуального процесса мышления. Существование двух уровней мышления описывалась многими авторами. Не смотря разные названия, их суть сводилась к тому, что существует два взаимозависимых уровня мышления, ориентированные на решение разных задач: сознательный, рациональный, и бессознательный, иррациональный уровни.

Бессознательный, автоматический уровень часто называют Система 1. Он предназначен для решения тактических, сиюминутных задач. Подробно этот уровень описан в статье про автоматизмы.

Осознанный, рациональный уровень называют Система 2. Это уровень решения долговременных, стратегических задач. Этот уровень я рассматривал в соответствующей статье.

В таблице приведены основные отличия двух систем мышления.

Как оказалось, теория двойственного процесса мышления не полна. В 1997 году Гордон Шульман, анализируя активность мозга обнаружил, что она снижается, когда испытуемые переходили из состояния покоя и отдыха в состояние решения задачи. Шульман пришел к выводу, что мозг работает даже тогда, когда люди отдыхают. Причем, даже более интенсивно, чем во время решения рабочих задач. Так была открыта сеть пассивного режима (дефолт-система) мозга.

Дефолт – система мозга

Данная система активна, когда мозг не занят решением конкретных задач, т.е. когда человеку не нужно адаптироваться к окружающей реальности либо осознанно искать решение какой-либо задачи. Поэтому эту систему мозга также называют сетью (режимом) отсутствия задач (Task-negative network). Но это не значит, что мозг в отсутствии задач отдыхает.

Как показали исследования Марукса Райхла, активность мозга, наоборот, возрастает в отсутствии внешних задач. Во время отдыха мысли человека непроизвольно, без всяких усилий, начинают хаотически блуждать, включается в процесс обдумывания своего социального опыта.

Человек анализирует прошлые ситуации общения, моделирует и планирует будущие, вспоминает других людей и отношения с ними. Причем, этот процесс потребляет большую часть энергии мозга и проходит с той или иной степенью осознанности в отличии от полностью автоматизированных и неподконтрольных автоматизмов и стереотипов. Задачи, или темы для обдумывания определяются самим мозгом, а не окружающей средой. Поэтому дефолт-систему мозга  также называют сетью внутренней значимости.

Давайте теперь рассмотрим, как существующие теории соотносятся с работой мозга.

Введение в нейронные сети мозга

В мозге существуют множество нейронных сетей. Среди них выделяет 10 больших сетей. Для нас наибольший интерес представляют 3 из них: Центральная Исполнительская Сеть, Сеть Выявления Значимости и Сеть Пассивного Режима.

Центральная Исполнительская Сеть (Central Executive Network)

Именно эта система отвечает за адаптацию к изменениям окружающей среды, ориентирована на конкретные действия.  Центральная Исполнительская Сеть мозга ориентирована на решение ситуативных тактических задач, отвечает за Систему 1. Мы знаем, что уровень тактических задач состоит из карты реальности и специфического набора автоматических реакций.

Если сигналы окружающей среды начинают противоречить созданной нами карте, или наши действие не приводят к ожидаемым результатам, включается Сеть Выявления Значимости.

Сеть Выявления Значимости (Salience network)

Функции данной сети до конца не изучены. Предполагается, что данная сеть интегрирует внутренние, эмоциональные стимулы и внешние, сенсорные стимулы.

Данная сеть активируется, если наблюдается несоответствие между тем, что мы знаем и можем предсказать и тем, что мы видим, слышим или ощущаем в реальности. Именно эта сеть активирует осознанное внимание, которое необходимо для решения стратегических задач (Система 2).

Многочисленные исследования показывают, что, когда активируется сеть значимости, мозг выходит из пассивного режима и наоборот. Таким образом, Сеть Выявления Значимости можно рассматривать как единую Сеть Решения Задач (Task-Positive Network), или Сеть Внешних Задач.

В предыдущей статье была выдвинута гипотеза о том, что осознанное мышление направлено на выработку новых автоматизмов разного рода и коррекцию старых. Это значит, что

мышление помогает нам создать более точное и адекватное представление о реальности, а также наиболее эффективные модели поведения в этой реальности, какими бы они не были

. Уровень решения стратегических задач помогает нам адаптироваться к изменению окружающей среды и в дальнейшем, быстро реагировать на нее.

Очевидна связь Системы 1 и Системы 2.

Система 1 позволяет нам быстро реагировать на изменения окружающей среды. Система 2 отвечает за создание и поддержку соответствующих автоматизмов, включающих в себя множество ситуаций и оптимальных реакций на них.

Тем не менее, эти системы не работают одновременно. Для того, чтобы выработать новый навык, усвоить новое знание, решить какую-либо задачу, мы должны все внимание направить на данный процесс. При этом активное ориентирование в ситуации становится невозможным, как и умственной блуждание.

Простой пример: вождение автомобиля. Если это час пик, то требуется активное внимание. Водитель не сможет активно обдумывать планы на отдых или выбирать материалы для ремонта. Если же активного движения нет, то водитель может поразмышлять либо об отдыхе, либо проанализировать преимущества ламината перед линолеумом. Тем не менее, одномоментно мозг будет занят чем-то одним, поскольку все три системы – антагонисты. Именно Система Выявления Значимости отвечает за переключение режимов: тормозит активность одних зон мозга и активизирует другие.

Сеть пассивного режима мозга

Также эту сеть называют Сетью Отсутствия задач или Сетью Внутренней Значимости. В режиме отдыха мозг все равно активен, но задачи для обдумывания не обусловлены внешней средой или волевым усилием. Мозг «выбирает» самостоятельно, о чем ему думать.

Дефолт система активно развивалась тогда, когда приматы объединились в стаи и появилась иерархия. От положения в иерархии зависел доступ к ресурсам, а значит и удовлетворение потребностей особи. А само положение в стае стало определяться не только инстинктами и физическим превосходством, но и способностью образовывать устойчивые социальные связи и находить поддержку. Именно социальной интеллект стал движущей силой развития мозга.

Человек смотрит на мир через призму удовлетворения собственных потребностей. Ретикулярная формация в первую очередь активирует именно те области мозга, которые связаны с удовлетворением наших потребностей. Это означает, что самая сильная и энергоемкая доминанта — сам человек, его самосознание. Эксперименты М. Райхла, показывают, что дефолт-система потребляет от 60 до 80% энергии мозга. Поэтому в спокойном состоянии именно доминанта, или организованная группа доминант, связанная с осмыслением самого себя активна, причём настолько, что оказывается во внимании сознания без дополнительных усилий.

Дефолт-система мозга изучена еще очень плохо, однако уже сейчас можно выделить следующие функции.

Функции дефолт системы

Самосознание. Дефолт- система включает в себя осознание человеком самого себя и той системы социальных связей, в которую он включен.  Процессы, происходящие в пассивной сети мозга, включают в себя ретроспективную оценку ситуации, планирование, реконструкцию воспоминаний. Моделирование прошлого, настоящего и будущего. Оценки ситуаций, себя и других. Установление глубоких связей между внутренним Я и окружающим миром.

Творческое начало (вместе с исполнительной системой и системой выявления значимости). Активная попеременная работа всех трех систем характеризует мозг людей с высокой креативностью. Дефолт система мозга обеспечивает гибкость мышления за счет быстрого доступа ко всем ресурсам памяти.

Автопилот. Предполагается, что дефолт-система предоставляет нейрофизиологические когнитивные ресурсы для мониторинга окружающей среды,  обеспечивая ситуативный контекст. Другими словами, сигналы из окружающей среды сравниваются с теми, которые содержаться в памяти и представляют карту реальности, основанную на предыдущем опыте.

В англоязычной литературе слово контекст следует понимать как предыдущий опыт, согласно которому мы воспринимаем тот или иной стимул.

Дефолт система мозга включается на короткий момент при появлении нового стимула для того, чтобы его идентифицировать и оценить, а также дополнить информацию о данном стимуле.  По сути, в дефолт системе хранится карта реальности либо она ей управляет. Вспомним эксперименты  Нормана Фарба. Во время работы дефолт системы мозга активируется гиппокамп, который отвечает за извлечение воспоминаний.

Многочисленные эксперименты показывают, что дефолт система мозга участвует в мышлении и на уровне решения тактических задач, и на уровне решения стратегических задач, особенно творческих.

Для того, чтобы учесть влияние дефолт системы на мышление была создана появлялась теория предикативных и реактивных систем (Predictive and Reactive Control Systems theory, PARCS)

Данная теория очень похожа не теорию двойственности мышления, но опирается на современные представления о мозге, полученные экспериментальным путем.

Теория реактивных и предикативных систем

Данная теория описывает две основные системы контроля поведения: предикативную и реактивную.

Реактивная система

Реактивная система физиологически обеспечивается островковой долей. Кора островковой доли считается ответственной за формирование сознания, а также играет роль в образовании эмоций и поддержке целостности и сбалансированности организма. Реактивная система ориентирована на решение стратегических задач, связанных с осознанностью и вниманием. Кора островковой доли обеспечивает идентификацию и обработку новых стимулов и реакцию на них, т.е. отвечает за поведение в непредсказуемом окружении.

Реактивное управление, таким образом, представляет собой специализированный режим работы для обнаружения новой информации, кодирования ее в памяти и интегрирования ее в уже существующие внутренние модели, что облегчает будущий контроль с помощью системы прогнозирования.

Реактивная система предполагает быструю, почти мгновенную реакцию, постоянный контроль внимания или активное поддержание целей. Эта же система отвечает за переключение между реактивной и предикативной системами. По сути, реактивная система объединяет Центральную Исполнительную Систему и Систему Выявления Значимости и представляет собой Сеть Решения Задач (Сеть Внешних Задач).

Предикативная система

Предикативная система (или система прогнозирования), функции которой обеспечивает дефолт системы мозга, контролирует поведение в предсказуемых условиях. Дефолт система обрабатывает привычные стимулы и контролирует поведение в предсказуемом окружении, руководствуясь прогностическими внутренними моделями (интеллектуальными объектами), включая модели себя и других. Другое название — Сеть Внутренних Задач. Внутренние модели позволяют людям мысленно экспериментировать с альтернативными реальностями, используя прошлые знания, моделировать настоящее и будущее.

Прогнозирование реальности, выдвижение гипотез согласно внутренниме моделям позволяют системе осуществлять прямое и частично автоматическое управление действиями, тем самым уменьшая необходимость уделять внимание внешним сигналам.

В данной теории термины «реактивный» и «прогнозирующий» используются в качестве меток для обозначения функциональных систем, которые управляют поведением и физиологией в непредсказуемых или предсказуемых обстоятельствах.

Выводы

Многочисленные эксперименты показывают, что в зависимости от того, направлено ли внимание во внешнюю среду или на внутренние переживания, в мозге активируются различные области. Данные области были названы Сетью Внешних Задач и Сетью Внутренних Задач (Task-Positive and Task-Negative Networks). Не смотря на то, что данные сети являются антагонистами, по данным исследований, их работа является взаимозависимой.

Благодаря механизмам когнитивного контроля, локализованным в лобно-теменной области, обеспечивается баланс их работы, быстрая адаптация мыслей и поведения к изменчивым внутренним состояниям и внешним условиям. Механизмы когнитивного контроля, под которым подразумевается сознательное волевое усилие, способствуют гибкости ума, облегчая целенаправленные действия и подавляя второстепенные когнитивные процессы.

По сути, речь идет о переключении фокуса внимания между внешней средой и внутренним миром, который обеспечивает наиболее эффективное функционирование человека.

Отличие от представлений десятилетней данности заключается в том, что не смотря на то, что сети внутренней и внешней значимости являются антагонистами и не работают одновременно, в процессе мышления задействованы все три сети: внутренней и внешней значимости и исполнительская сеть, которая отвечает за их переключение, активацию и деактивацию.

Дефолт система мозга является физиологической основой для разного рода автоматизмов, в то время как сеть внешних задач запускается при столкновении с неожиданной информацией и инициирует сознательное мышление, результат которого становится доступен дефолт-системе и в дальнейшем позволяет регулировать поведение а автоматическом режиме.