Бета-волны периодически очищают кратковременную рабочую память, освобождая место для новой информации, необходимой здесь и сейчас.

Каждый нейрон у нас в мозге генерирует собственный электрический сигнал. Однако нейроны работают не сами по себе, а сотрудничая друг с другом, и когда нужно решить какую-то задачу, множество нервных клеток синхронизируют активность. В результате мы видим то, что называется электрическими ритмами мозга: альфа-ритмы, бета-ритм, тета-ритмы и т. д.

Префронтальная кора (выделена жёлтым) играет важнейшую роль во многих процессах высшей нервной деятельности – в частности, именно она отвечает за рабочую память. (Иллюстрация Fernando Da Cunha / BSIP / Corbis.)

Несколько лет назад нейробиологи из Массачусетского технологического института обнаружили, что гамма-ритмы возникают, когда работает сенсорная память, то есть когда нужно запомнить или вспомнить какую-то информацию от органов чувств. Кроме того, оказалось, что в этом случае гамма-ритмы и бета-ритмы работают в противофазе, то есть когда одни усиливаются, другие слабеют. Наконец, удалось выяснить, что бета-ритмы появляются, когда индивидуум обдумывает какую-нибудь цель и как ее можно достичь, а также правила, которые нужно соблюдать во время выполнения задачи.

Все это навело исследователей на мысль, что бета-ритмы работают как диспетчеры памяти, что именно от них зависит, какая часть информации будет прочитана, а какая отправится в архив. Иными словами, от бета-ритмов зависит, о чем мы в данный момент думаем, или, говоря более корректно,  по бета-ритмам можно увидеть, когда в памяти возникают сведения, необходимые здесь и сейчас.

Чтобы увидеть более наглядно, как это происходит, Эрл Миллер (Earl Miller) и его коллеги поставили следующий эксперимент: обезьянам последовательно показывали пару объектов, сначала объект А, потом объект Б. Животные должны были запомнить последовательность объектов, удержав их в так называемой рабочей памяти, которая хранит информацию, нужную нам в данный момент времени – потому что затем им показывали другие пары объектов, среди которых требовалось отметить ту же последовательность, что и в первый раз. Например, если во второй раз показывали объект Б, а потом – объект В, то это явно было не то, что нужно, точно так же как и последовательность Б–А. Если же сначала появлялся А, а потом Б, значит, все было, как в первый раз, и обезьяна давала условный знак.

Что происходит в мозге, когда он сравнивает что-то новое с чем-то старым? Во-первых, в рабочей памяти должна появиться информация о том, с чего все начинается – в данном случае обезьяна ждет, что появится объект А, и значит, это самое А должно здесь и сейчас удерживаться в уме. Наблюдая за активностью тех зон коры, которые отвечают за рабочую память, исследователи увидели, что в предчувствии второй серии объектов мозг обезьян генерировал гамма-волны – как, собственно, и ожидалось, ведь нужно было вспомнить уже виденное А.

И если А действительно появлялось, то в мозге немедленно усиливались бета-волны. На смену им снова приходили гамма – потому что теперь в рабочую память нужно было загрузить память об объекте Б. И если Б таки появлялся, на смену гамма приходили опять бета-ритмы. Но если изначально вместо А появлялось что-то другое, то бета-волны, которые приходили вслед за гамма-волнами, уже никуда не уходили.

В целом все выглядело так, как если бы бета-ритмы стирали ненужную информацию из рабочей памяти, освобождая в ней место для следующих «файлов». Действительно, когда обезьяна снова видела А, то помнить об этом А здесь и сейчас уже не надо было, а надо было вспомнить Б. С другой стороны, если с самого начала все шло не так, и вместо ожидаемого А появлялось что-то другое, бета-волны очищали память и дальше удерживали ее пустой – ведь становилось понятно, что последовательность объектов уже не совпадет с той, которая нам нужна, а значит, подгружать информацию о ней пока не стоит. Полностью результаты экспериментов опубликованы в Nature Communications.

Довольно долго считалось, что рабочая память работает непрерывно – то есть что нейроны, которые отвечают за нее, остаются неизменно активными все то время, пока мы решаем конкретную задачу. (Обычно ее сравнивали с кэш-памятью процессора или с оперативной памятью, из которой все исчезает, как только отключается питание.)

Однако постепенно стали появляться данные о том, что рабочая память функционирует сложнее. Например, два года назад мы писали, как в той же лаборатории Эрла Миллера обнаружили, что нейроны рабочей памяти работают с перерывами, и что такая активность с перебоями позволяет мозгу различать между собой разные блоки текущей информации.

С этими данными согласуются и новые результаты, касающиеся электрических ритмов: бета-волны регулируют подачу информации в «кэш-память» мозга, удаляя из нее ставшие ненужными «файлы». Поскольку почти все наши умственные способности напрямую зависят от рабочей памяти, можно предположить, что если бы мы могли по своему желанию влиять на бета-ритмы, это позволило бы улучшить и наше мышление.