Как «сценарии событий» структурируют наши личные воспоминания

Просматривая фильмы с помощью нейросканера, нейробиологи обнаружили богатую библиотеку нейронных сценариев — от поездки в аэропорт до предложения руки и сердца, — которые формируют основу для воспоминаний о нашем опыте. Комментарий Сохранить статью Прочитать позже

Перетасовав карты в стандартной колоде из 52 карт, Алекс Маллен, трёхкратный чемпион мира по запоминанию, может запомнить их порядок менее чем за 20 секунд. Переворачивая карты, он мысленно прогуливается по дому. В каждой точке своего путешествия — у почтового ящика, у входной двери, у лестницы и так далее — он прикрепляет карту. Чтобы вспомнить карты, он заново переживает путешествие.

Этот метод, называемый «методом локусов» или «дворцом памяти», эффективен, поскольку он отражает естественный механизм формирования мозгом повествовательных воспоминаний: память Маллена о порядке карт построена на основе знакомого путешествия. Мы все делаем что-то похожее каждый день, используя знакомые последовательности событий, например, повторяющиеся шаги, которые разворачиваются во время еды в ресторане или поездки в аэропорту, как основу для конкретных деталей — например, необычной закуски или объекта, отмеченного на охране. Общий нарратив облегчает последующее припоминание примечательных деталей.

«Вы берёте эти детали и связываете их с уже имеющимися знаниями», — сказал Кристофер Балдассано, когнитивный нейробиолог из Колумбийского университета. «Мы считаем, что именно так вы создаёте свои автобиографические воспоминания».

Психологи эмпирически выдвинули эту теорию около 50 лет назад, но доказательств существования подобных структур в мозге не было. Затем, в 2018 году, Бальдассано нашёл их: нейронные отпечатки нарративного опыта, полученные с помощью сканирования мозга, которые последовательно воспроизводятся во время стандартных жизненных событий. Он считает, что мозг создаёт обширную библиотеку сценариев ожидаемых ситуаций — будь то ресторан или аэропорт, деловая сделка или предложение руки и сердца — на протяжении всей жизни человека.

В его лаборатории выяснили, что эти стандартизированные сценарии и отклонения от них влияют на то, как и насколько хорошо мы помним конкретные примеры этих типов событий. Недавно, в статье, опубликованной в журнале Current Biology осенью 2024 года, они показали, что люди могут выбирать доминирующий сценарий для сложного события реального мира — например, наблюдая за предложением руки и сердца в ресторане, мы можем подсознательно выбрать либо предложение руки и сердца, либо сценарий ресторана, — что и определяет, какие детали мы запоминаем.

Исследования Бальдассано основаны на двух ключевых инновациях. За последнее десятилетие группа когнитивных нейробиологов разработала искусный метод, использующий фильмы для изучения мозговой активности при реалистичном восприятии, и Бальдассано стал пионером в области декодирования сложных данных, записанных во время этих сеансов кинопоказа, с помощью машинного обучения.

По словам Брайса Кюля, нейробиолога из Университета Орегона, не принимавшего участия в исследовании, его подход «значительно усложнил» подобные исследования. «Это оказало огромное влияние на эту область».

Анализы позволили по-новому понять, как человеческий мозг формирует нарративные воспоминания. В этом процессе задействован практически весь мозг, что противоречит прежним представлениям о том, что память формируется в определённых областях мозга. Воспоминания формируются временными отрезками, каждый из которых длится от секунды до минуты.

Мозг складывает эти фрагменты в каркасы сценариев событий. «Всё это конструкция», — говорит нейробиолог Захария Риг из Университета Вашингтона в Сент-Луисе, не участвующий в исследовании. «У вас нет видеокамеры, которая точно записала, что произошло, как именно. Вам приходится реконструировать, основываясь на фрагментах опыта, то, что, по вашему мнению, произошло».

Кинематографическая стимуляция

Понять, что на самом деле делает мозг в любой момент нашей жизни, невероятно сложно. Одним из лучших инструментов для изучения работы человеческого мозга является функциональная магнитно-резонансная томография (фМРТ), но этот метод требует, чтобы пациент неподвижно лежал внутри большого магнита, реагируя на искусственные стимулы, предъявляемые ему в зафиксированном положении — ситуация, далекая от реальности повседневной жизни.

Метод сканирования мозга, впервые появившийся в 1990 году, определяет кровоток как показатель нейронной активности (если нейроны активируются, им нужна насыщенная кислородом кровь). В первые годы своего существования фМРТ была неточной: она описывала среднюю активность по всем областям мозга. Затем, в начале 2000-х годов, развитие технологий и аналитики привело к получению изображений активности мозга с более высоким разрешением, состоящих из 3-миллиметровых кубиков мозга, называемых вокселями. Различная активность в этих вокселях создаёт узоры, подобные отпечаткам пальцев, которые обозначают различные состояния сознания или типы умственной деятельности.

С помощью воксельного анализа исследователи надеялись не только определить, где в мозге обрабатывается конкретное воспоминание, мысль или восприятие, но и определить его содержание. Можно ли было бы определить, основываясь только на активности мозга, смотрел ли испытуемый на теннисную ракетку, думал ли о лучшем друге или вспоминал свой старый офис? Каждый из этих испытуемых должен активировать уникальный набор нейронов. «Если у нас будет библиотека таких «отпечатков» — по одному на каждое воспоминание, — то мы сможем отслеживать, когда активируется конкретное воспоминание, находя его конкретный «отпечаток», — сказал Бальдассано.

Примерно в то же время, когда разрабатывался воксельный анализ, другие исследователи задавались вопросом: что, если мы будем показывать фильмы внутри аппарата МРТ? До этого исследователи обычно использовали карточки или статичные изображения — плохую замену яркому, мультисенсорному, развивающемуся опыту, который создает наши реальные воспоминания. Фильмы, однако, рассказывают истории. «Повествование имеет основополагающее значение для того, как люди помнят свой день, свою неделю и свою жизнь», — сказала Дженис Чен, нейробиолог из Университета Джонса Хопкинса, которая была пионером некоторых исследований памяти в Принстонском университете, где они с Бальдассано вместе работали постдоками. Однако, как и жизненные декорации, постоянно меняющиеся трехмерные изображения в фильмах настолько сложны, что многие исследователи не видели способа разобраться в потоке данных фМРТ.

«Раньше люди не проводили подобных исследований, потому что не знали, как будем анализировать эти данные», — сказал Чэнь.

В 2004 году нейробиолог Ури Хассон и его коллеги из Института Вейцмана в Израиле начали прокладывать путь сквозь чащу вокселей. В одном из исследований пять человек, лёжа в нейросканере, смотрели 30 минут «Хороший, плохой, злой» (1966) – спагетти-вестерна с Клинтом Иствудом в главной роли. Сравнивая данные пяти участников, исследователи отмечали, когда и где активность мозга синхронно всплескивалась или спадала. Эти точки конвергенции выявили области, реагирующие на определённые фрагменты фильма, например, на значимые изменения в сюжете. Эксперимент показал, что можно понять реакцию мозга на просмотр фильма в режиме реального времени.

В 2012 году Чен присоединилась к лаборатории Хэссона, тогда работавшей в Принстоне, и распространила этот подход на память. Она предложила участникам посмотреть первую серию сериала «Шерлок» (2010), где Бенедикт Камбербэтч играл современную версию легендарного детектива. Затем участники исследования обсуждали свои воспоминания, лёжа в сканере.

Эксперимент удался. Чэнь и её коллеги смогли сопоставить активность мозга, зарегистрированную во время воспоминаний участников, с конкретными сценами длительностью около 60 секунд, например, когда Шерлок встречает Ватсона. Воспоминание сцены вызывало ту же активность мозга, что и её просмотр, и эти паттерны в значительной степени совпадали у всех испытуемых, что позволяет предположить, что разные люди сохраняли в памяти одни и те же события одинаковым образом.

Результаты также означали, что фильмы можно использовать для раскрытия универсального человеческого кода для записи опыта. Но этот код многослойный, и чтобы начать его расшифровывать, потребуется специалист по информатике, интересующийся работой мозга.

Дело всего мозга

Когда Бальдассано впервые узнал об экспериментах Чена с «Шерлоком», он сказал: «Я подумал, что это самый крутой проект, который я когда-либо видел». Он приехал в Принстон на собеседование на должность постдока после почти получившей докторскую степень по информатике. Будучи аспирантом Стэнфордского университета, он разработал методы машинного обучения для анализа многовоксельных паттернов фМРТ, полученных у людей, рассматривающих фотографии.

Бальдассано не интересовался исследованиями памяти; он полагал, что эта область вращается вокруг списков слов, что казалось ему скучным. Но примерно в то время он прочитал книгу «По луне с Эйнштейном: искусство и наука запоминания всего», в которой журналист Джошуа Фоер рассказывает о своих попытках подготовиться к чемпионату по запоминанию, используя метод локусов. Бальдассано также заметил, что его тогдашний трёхлетний сын легко усваивает информацию, представленную в форме рассказа. Тогда он понял, что человеческая память строится на повествовании о жизненном опыте.

Он решил присоединиться к лаборатории Хэссона. «Мозг гораздо больше интересуется фильмами, чем тем, что мы обычно делаем с людьми [в исследованиях с помощью фМРТ], показывая им изображения», — сказал он. «Просто показалось, что это огромная возможность для новых открытий».

Он начал с применения своих вычислительных навыков к данным Чен о «Шерлоке». В своём исследовании она определила границы сцен сериала и воспоминаний людей понятным для неё способом. Её усилия основывались на теории сегментации событий – идее о том, что люди естественным образом разделяют непрерывный опыт на фрагменты в своей памяти. Но такой подход был субъективным и мог привести к ошибкам. Бальдассано начал искать сегменты событий в данных мозга. То, что он обнаружил, стало для него неожиданностью.

Он доработал метод машинного обучения, называемый скрытой марковской моделью, чтобы он работал с данными фМРТ. Алгоритм можно обучить распознавать структуру событий, растянутых во времени, например, эпизода телешоу. Этот подход, заимствованный из компьютерной науки, был новым для нейровизуализации. «Это дало мне преимущество», — сказал Бальдассано. С помощью этой стратегии он смог проанализировать огромный набор данных: измерения нейронной активности примерно 50 000 вокселей по всему мозгу, измеренные каждые 1,5 секунды в течение 50-минутного фрагмента сериала «Шерлок».

Модель выявила чёткий сигнал в пассивной сети мозга, которая, как считается, выполняет ряд когнитивных функций, связанных с построением внутренних повествований. Центральным узлом этой сети является префронтальная кора, расположенная за лбом и отвечающая за цели, планы и решения человека. Сеть реагирует на значимые изменения стимула, такие как поворот сюжета или новая тема разговора. В данных сериала «Шерлок» резкие колебания активности происходили примерно каждую минуту, что соответствовало тому, что зрители воспринимали как смену сцены.

«С помощью метода Бальдассано можно было взять непрерывные данные о работе мозга во время просмотра фильма и найти места, где происходят резкие изменения в паттернах пространственной активности, — и это совпало бы с тем, что люди называют границами в фильме», — сказал Чен. «Это был основанный на данных способ сегментации восприятия».

Модель выявила кое-что ещё. Мозг сегментировал изображение не только по границам, которые люди воспринимали как значимые изменения сцены. Некоторые его части разделяли восприятие на более короткие сегменты. В зрительной системе изменения активности происходили примерно каждую секунду в ответ на изменения освещения и обстановки. В зрительных областях среднего уровня, представляющих объекты, активность мозга менялась примерно каждые 30 секунд, например, чтобы отслеживать Камбербэтча, перемещающегося по экрану.

Исследователи предположили, что зрители могли объединить эти разрозненные фрагменты повествования в связный опыт. Вместо того, чтобы считать память областью гиппокампа и нескольких других областей, как принято считать, исследование Бальдассано показало, что формирование памяти требует взаимодействия множества областей мозга.

«Память — это не единое целое. Она не монолитна, — сказал Риг. — У вашей памяти есть рецепт для разных фрагментов опыта».

Однако Бальдассано не верил, что эти фрагменты собираются заново с каждым эпизодом жизни (или сериала). «Когда начинается событие, у вас уже есть некий каркас», — сказал он. «Это как страница раскраски, которая ещё не раскрашена, но многие линии уже нарисованы. Когда происходит событие, вы дорисовываете конкретные детали».

Психологи официально предположили существование таких структур ещё в 1970-х годах. Но это направление исследований утратило популярность, в основном из-за отсутствия хороших инструментов для их изучения в мозге. Теперь у Бальдассано такие инструменты были. И у него возникла остроумная идея, как использовать кино и телевидение для изучения сценариев, по которым мы строим наши воспоминания.

Следуя сценарию

Как и в жизни, в кино часто повторяются одни и те же темы. У нас есть романтические комедии и фильмы-катастрофы, истории о супергероях и встречи с инопланетянами, и во всех этих жанрах есть общие черты, например, ужин в ресторане или гонка в аэропорту. Бальдассано решил воспользоваться этой избыточностью, чтобы найти несколько страниц в книге-раскраске мозга.

Пока каждый из 33 участников исследования лежал в аппарате фМРТ, он просматривал отрывки из восьми фильмов: четыре, действие которых происходит в ресторанах («Бразилия» (1985), «Дерек» (2008), «Мистер Бин» (1997) и «Криминальное чтиво» (1994)), и четыре, действие которых происходит в аэропортах («Впритык» (2010), «Удачи, Чак» (2007), «Рыцарь дня» (2010) и «Без остановки» (2014)). Каждый отрывок из ресторана содержал более или менее одинаковую последовательность событий: персонажи заходили в ресторан, садились, делали заказ и ели. Все отрывки из аэропорта показывали, как люди прибывают в аэропорт, проходят проверку безопасности, идут к выходу на посадку, ждут его и садятся на рейс. Но фильмы различались в деталях: жанрах, актерах, сюжетных поворотах.

Исследование собрало огромное количество данных, и Бальдассано сам попробовал провести его, вручную проверяя закономерности в активности мозга в определённые моменты в аэропорту. Он не ожидал многого — данные фМРТ размыты и зашумлены, и многие данные о активности недоступны для этой методики. Но он подумал, что заметил что-то интересное. Когда он показал слайд со своими результатами на встрече группы в 2017 году, Чэнь воскликнул: «О боже, это сработало!»

«Как только Дженис сказала мне, что это работает, я убедился, что ничего не напутал», — вспоминает Бальдассано.

Затем он позволил компьютерам выполнить анализ. Когда Бальдассано ввёл данные в свою скрытую марковскую модель, оптимизированную для фМРТ, она выявила определённую последовательность паттернов активации мозга, общую для людей и фильмов для данного типа событий. Во всех ресторанных клипах один паттерн проявлялся, когда актёры входили, который сменялся другим, когда они садились, затем снова, когда они заказывали еду, и ещё раз, когда приносили еду. Все истории из ресторанов в среднем разделяли эти четыре паттерна событий, с некоторыми уникальными для каждого сюжета различиями. Фильмы об аэропорте были представлены в мозге схожим образом, причём каждый этап последовательности характеризовался предсказуемым кросс-мозговым отпечатком, сосредоточенным в префронтальной коре.

Результаты показали, что мозг не просто регистрирует то, что воспринимает. Значительная, если не большая, реакция мозга на событие или историю основана на воспоминаниях о том, как обычно развиваются события такого типа. Другими словами, мы обрабатываем настоящее через призму прошлого.

Работа Бальдассано, опубликованная в журнале The Journal of Neuroscience в 2018 году, показала, что формирование воспоминаний состоит из двух важнейших этапов. В течение дня мы записываем новый опыт фрагментами разного размера и сложности, от простых восприятий до захватывающих сюжетных поворотов. Тем временем наш мозг обращается к шаблонам для этих новых событий, основываясь на знании похожих, и помещает фрагменты формирующегося воспоминания в этот контекст.

Оказывается, воспоминания больше похожи на раскрашенные по номерам картинки, чем на нарисованные с нуля на чистом холсте.

Сдвиг кадра

Опытным шахматистам достаточно лишь взглянуть на доску, чтобы запомнить расположение фигур, хотя большинству людей сложно восстановить эту расстановку. Сыграв множество партий, мастера шахмат распознают закономерности там, где другие теряются в деталях. Точно так же, встречаясь с друзьями в ресторане, вы знаете, что официант подойдёт принять ваш заказ; поскольку вас не сбивает с толку простая последовательность событий, вы лучше запоминаете вкусы, детали разговоров, человека за соседним столиком.

Другими словами, наличие сценариев укрепляет память. «Намного легче запоминать информацию, если она вписывается в то, что вы уже знаете о мире», — сказал Крис Бёрд, изучающий память в контексте повседневного опыта в Университете Сассекса. Соответственно, если у вас нет работающего шаблона повествования, ваша память, теоретически, должна быть хуже.

Бальдассано смог проверить этот феномен, используя данные фМРТ. Следуя подходу Чен к её исследованиям «Шерлока», он попросил участников описывать ему сцены в аэропорту и ресторане, пока они находились в сканере. Те, кто лучше загружал все ключевые фрагменты сценария во время просмотра фильмов, о чём свидетельствовали паттерны активации мозга, обладали лучшей памятью на детали, чем те, кто лишь слабо воспроизводил текст.

«Если бы мы увидели, что они хорошо справились с задачей, выложив в сеть эту последовательность шаблонов аэропорта, — сказал Бальдассано, — то можно было бы предположить, что они смогут вспомнить больше подробностей этой конкретной истории из аэропорта».

Иногда в истории или жизни одновременно действуют несколько сценариев, и то, какой из них активирован, может повлиять на вашу память о событии.

В работе, опубликованной в журнале Current Biology в 2024 году, команда Бальдассано записала короткие аудиорассказы, в которых социальный сценарий (расставание, предложение руки и сердца, деловая сделка или трогательная встреча) разыгрывался на фоне локации (ресторан, аэропорт, продуктовый магазин или лекционный зал). Затем он предлагал слушателям роли, которые они могли разыграть во время прослушивания. В рассказе о предложении руки и сердца в ресторане одни слушатели должны были представить себя ресторанными критиками, а другие — организаторами свадеб.

Выбор фрейма, выбранного участником — локальный или социальный, — влиял на детали, которые он помнил из рассказа. Отголоски обоих сценариев были активны у всех слушателей, но доминирующий сценарий лучше соответствовал значимым событиям в мозговых данных. Например, с точки зрения организатора свадеб, заказ еды не является интересным этапом предложения руки и сердца, поэтому паттерн активности в этот момент не менялся. Он менялся, когда один персонаж просил руки другого.

В работе подчёркивается, что то, как мы переживаем и помним события, во многом определяется нашим психическим состоянием, а не свойствами самих событий. «Можно изменить восприятие сегментов мозга, основываясь на том, что вы даёте испытуемым — какая информация актуальна, будь то социальная информация или информация о местоположении», — сказал Куль. «Это новаторский подход».

И это предполагает, что у людей есть определённая власть над тем, что они помнят. «Эти процессы активируются не только стимулом», — сказал Бальдассано. «Вы обладаете определённым произвольным контролем над тем, как вы классифицируете поступающую информацию». То есть ваши предубеждения и цели формируют ваш опыт и то, что вы о нём помните. Возможно, выработаете установку, которая предрасполагает вас к запоминанию определённых деталей события.

Понимание этих сценариев и их нюансов может пролить свет на расстройства памяти, сказал Бёрд. Ухудшение качества сценариев или их недоступность могут объяснять дезориентацию, вызванную такими расстройствами памяти, как болезнь Альцгеймера. «[Понятие сценариев] даёт нам представление о том, как мы обычно воспринимаем мир, и почему мир может быть очень запутанным при сбое этих процессов», — сказал Бёрд.

С другой стороны, сценарии можно использовать для улучшения памяти, как это делает Маллен, чемпион по запоминанию. В текущем исследовании команда Бальдассано обучила 25 человек использовать метод локусов для запоминания списка из 40 слов. Например, они могли использовать сценарий ресторана: чтобы запомнить слово «водопад», они могли представить водопад за рестораном; чтобы запомнить слово «микроскоп», они могли представить себе исключительно мелкие кусочки еды.

В начале исследования никто не мог вспомнить больше девяти слов. К концу все вспомнили не менее 35. Некоторые получили высший балл, хотя никто не смог сравниться со скоростью Маллена. «Нам действительно удалось убедить обычных людей сделать это», — сказал Бальдассано.

Этот процесс написания сценария происходит на протяжении всей нашей жизни: опыт, рутина и приключения составляют большую часть исходного материала, но такие средства массовой информации, как книги и фильмы, также создают основу для воспоминаний.

Бальдассано с восторгом наблюдал за этой игрой вместе со своими сыновьями. В детстве его дети особенно любили книги о мышке Мейси. В сериале Мейси ходит в библиотеку, к стоматологу, учится плавать — и, да, отправляется в аэропорт. Сюжета и событий в мультфильмах почти нет: мышка проверяет чемодан, проходит досмотр и садится в самолёт. Бальдассано нашёл книги «ужасно скучными», но его дети были в восторге.

«Это на 100% просто схематическое обучение», — сказал он. Мир может быть ошеломляющим для детей, потому что у них нет ментальных структур, необходимых для понимания происходящего. Книги и другие медиа помогают писать сценарии на нейробиологическом уровне, которые помогут его детям ориентироваться в дальнейшей жизни. Бальдассано знает это лучше многих: «Это действительно важный вид знаний, который нужно формировать».

Источник: www.quantamagazine.org