Что мешает мозгу эффективно выполнять задачи и принимать верные решения

Профессор биологии, неврологии и нейрохирургии Стэнфордского университета Роберт Сапольски известен широкой публике своими научно-популярными книгами и лекциями, в которых объясняет поведение человека с точки зрения биологии. Его предыдущий бестселлер «Биология добра и зла» раскрывает читателям, какими эволюционными механизмами и другими естественными факторами обусловлены культурные и социальные явления вроде насилия и альтруизма. В новой книге «Всё решено» Сапольски фокусируется на таком, казалось бы, чисто философском понятии, как свобода воли.

С точки зрения автора, свободы воли не существует, потому что в любой момент на решения и действия человека влияет сложная система факторов — и биологических, и внешних. Продолжая эту тему применительно к сфере образования и обучения, заметим, что успеха в учебном процессе это тоже касается.

Недавно книга, которую уже высоко оценили англоязычные читатели и рецензенты, вышла на русском языке в издательстве «Альпина нон-фикшн». С его разрешения мы публикуем две главы, в которых объясняется биологическая основа когнитивной нагрузки — это понятие подразумевает, что объём информации, который единовременно может обработать рабочая память (например, при решении задачи или запоминании нового материала), сильно ограничен.

Когда когнитивная нагрузка во время какого-то занятия (например, на уроке) слишком велика, человек начинает отвлекаться на постороннее и упускать важное, совершать «глупые» ошибки. К тому же ресурс рабочей памяти не фиксирован — он истощается при умственных усилиях, и чтобы он снова восстановился, требуется время.

На уровне нейрофизиологии за рабочую память, контроль внимания и автоматических реакций, принятие решений, а также другие функции, важные для целенаправленного поведения (и для обучения в частности), отвечает префронтальная лобная кора (сокращённо — ПФК). Как объясняет Сапольски, именно «ПФК заставляет вас поступать правильно, когда это труднее всего». При этом на эффективность этой части мозга влияют различные факторы, о чём не мешало бы знать учителям и преподавателям. Об этих факторах и пойдёт речь в отрывке ниже.

Когнитивная ПФК

В качестве разминки давайте посмотрим, как выглядят «правильные поступки» в когнитивной сфере. Если вам нужно сделать что-то по-новому, не так, как вы делали это раньше, именно ПФК мешает вам скатиться к привычному образу действий. Посадите человека перед компьютером и скажите ему: «Правило такое: загорается синий свет, нажимайте левую кнопку; красный — правую». Позвольте испытуемому проделать так несколько раз, чтобы освоиться. «А теперь поступайте наоборот: синий свет — правая кнопка; красный — левая». Пусть он теперь привыкнет к новому правилу, после чего вернитесь к первоначальному. Каждый раз, когда правило меняется, задача ПФК — подсказывать: «Помни, синий теперь означает…»

А теперь быстро перечислите месяцы в обратном порядке. ПФК активируется, подавляя заученный ответ: «Помни, сейчас нужно говорить „сентябрь, август“, а не „сентябрь, октябрь“». Чем сильнее активируется лобная кора, тем лучше человек справляется с заданием.

Эффективный способ оценить функции лобной коры — это посмотреть, как они работают у людей с повреждённой ПФК (после некоторых типов инсульта или при деменции). Такие люди испытывают большие трудности с подобными «обратными» задачами. Сделать правильно слишком трудно, если правильно — это не так, как всегда.

Итак, ПФК отвечает за соблюдение нового правила или нового варианта правила. Следовательно, зона ответственности ПФК может изменяться. Как только новое правило перестаёт быть новым, его выполнение становится задачей других, более автоматизированных мозговых структур. Не многим из нас нужно подключать ПФК, чтобы не справлять нужду нигде, кроме туалетной комнаты; но года в три было иначе.

Для «правильных» действий от ПФК требуется два разных умения. Она должна отдавать строгий приказ «делай так» по нейронному пути, связывающему ПФК с лобной корой, а потом с дополнительной моторной областью (ДМО из главы 2) и моторной корой. Но ещё важнее сигнал «а так не делай, даже если привык». Первостепенная задача ПФК, та, что важнее даже отправки возбуждающих сигналов в моторную кору, — это торможение мозговых структур, отвечающих за привычные действия. Вспомнив главу 2, отметим, что именно ПФК — ключевой аргумент, доказывающий, что у нас нет ни свободы воли, ни сознательной свободы вето.

Наследие предыдущих секунд и минут

Вот вы сидите, сосредоточившись на задании. Как только загорается синий свет, вы быстро жмёте левую кнопку, красный — жмёте правую. Затем правило меняется на противоположное: синий — правая, красный — левая. Затем оно меняется ещё раз и ещё…

Что происходит в вашем мозге во время выполнения задания? Каждый раз, как вспыхивает свет, зрительная кора кратковременно активируется. Мгновением позже ненадолго активируются нейронные пути, передающие информацию из зрительной коры в ПФК. В следующее мгновение в работу включаются нейронные пути, ведущие из ПФК в моторную кору, а оттуда — к мышцам, заставляя их сокращаться. Но что происходит внутри ПФК? ПФК должна сосредоточиться на повторении «синий — левая, красный — правая» или «синий — правая, красный — левая». Она напряжённо работает всё время без остановки, повторяя правило, действующее в данный момент. Когда вы пытаетесь сделать правильную, но трудную вещь, ПФК становится самой ценной частью мозга.

Ценная — хорошая метафора. Только это не метафора. Каждый нейрон в ПФК работает безостановочно, каждый потенциал действия высвобождает волны ионов, проходящих сквозь мембраны, после чего эти ионы нужно ещё отловить и перекачать обратно, туда, откуда они вышли. И пока вы концентрируетесь на действующем в данный момент правиле, эти потенциалы действия могут возникать сотни раз в секунду.

Нейроны ПФК потребляют чудовищное количество энергии. Это можно продемонстрировать с помощью техник нейровизуализации, если показать, что работающая ПФК потребляет уйму глюкозы и кислорода из крови, или если измерить, какое количество биохимической «наличности» доступно каждому нейрону в каждый конкретный момент времени. Это подводит нас к главной мысли данного раздела: если ПФК не хватает энергии, она работает хуже.

Это воплощённые на клеточном уровне понятия «когнитивная нагрузка» или «когнитивный резерв», которых мы касались в главе 3. Когда ПФК напряжённо трудится над какой-нибудь задачей, эти резервы истощаются.

Поставьте, например, вазочку с драже M&M’s перед человеком, соблюдающим диету. «Вот, бери сколько хочешь». Он, конечно, попытается устоять. Но если он только что выполнил задачу, требующую напряжения лобной коры, даже такую бессмысленную, как задание про красный и синий свет, он съест больше конфет, чем обычно. Одна статья на эту тему вышла с очаровательным названием «Не истощи нас в искушении» (Deplete us not into temptation). То же самое верно и в обратном порядке — истощите резервы лобной коры, минут пятнадцать сопротивляясь искушению съесть конфету, и вы будете хуже справляться с заданием «красный/синий».

ПФК работает хуже, и ваша способность к саморегуляции сходит на нет, если вы напуганы или страдаете от боли — ПФК тратит энергию на борьбу со стрессом. Вспомните эффект Макбет, когда воспоминание о неэтичном поступке препятствует мыслительной деятельности (если только вы не избавились от этого тягостного ощущения нечистоты, вымыв руки). Работоспособность лобной коры падает и в том случае, если она утомляется, мешая вам отвлекаться на что-нибудь приятное — пациенты чаще умирают от послеоперационных осложнений, если хирург оперировал в свой день рождения.

Усталость тоже истощает ресурсы лобной коры. Чем ближе к вечеру, тем чаще доктора идут по самому лёгкому пути: назначают меньше анализов, выписывают больше опиатов (в отличие от безопасного лечения вроде противовоспалительных средств или физиотерапии). Испытуемые чаще поступают неэтично и меньше размышляют над моральной стороной дела во второй половине дня или после того, как попыхтели над замысловатой задачей. В одном настораживающем исследовании, проведённом среди врачей отделения неотложной помощи, было показано, что чем больше интеллектуальных усилий требовала рабочая смена (этот параметр измеряли числом пациентов), тем выше к концу дня был уровень неявных расовых предубеждений у докторов.

То же самое касается и голода. Вот исследование, заставляющее задуматься (мы уже ссылались на него в предыдущей главе). Учёные изучили группу судей, которые вынесли более тысячи решений по поводу условно-досрочного освобождения. Какой параметр надёжнее всего предсказывал, удовлетворит судья просьбу об условно-досрочном или же отправит просителя обратно в тюрьму? Как давно последний раз судья ел. Если осуждённый представал перед судьёй сразу же после обеда, вероятность уйти на условно-досрочное составляла для него примерно 65%; если же он представал перед судьёй, когда с момента последнего приёма пищи прошло уже несколько часов, эта вероятность была близка к нулю.

В чём же дело? Явно не в том, что к концу рабочего дня судьи теряют рассудок, путают слова, не соображают, что делают, и сажают за решётку стенографистку. Нобелевский лауреат психолог Даниэль Канеман при обсуждении этого исследования предположил, что когда после обеда проходит больше времени, ПФК хуже удаётся фокусироваться на деталях каждого отдельного случая и судья с большей вероятностью принимает самое простое, буквально рефлекторное решение, а именно отправляет человека обратно в тюрьму. Важным подтверждением этой мысли служит исследование, в котором испытуемые должны были принимать решения возрастающей сложности; чем сильнее длПФК уставала по ходу эксперимента, тем чаще испытуемые прибегали к привычному для них решению.

Почему отказ в условно-досрочном освобождении — это простая и привычная реакция? Потому что ПФК она обходится дешевле. Перед вами стоит человек, который совершал плохие поступки, но в тюрьме вёл себя хорошо. Нужна мощная и полная энергии ПФК, чтобы попытаться понять, почувствовать, какой — полной ужасного невезения — была жизнь заключённого, посмотреть на мир его глазами, всмотреться в его лицо и разглядеть под грубым обличьем потенциал и признаки перемен. Судье нужно серьёзно напрячь лобную кору, чтобы поставить себя на место заключённого, прежде чем решить вопрос о его условно-досрочном освобождении. В подтверждение этого говорит и тот факт, что судьям в среднем требуется больше времени, чтобы удовлетворить просьбу об условно-досрочном освобождении, чем для того, чтобы отклонить её и отправить человека обратно в тюрьму.

Таким образом, события окружающего мира влияют на способность вашей ПФК сопротивляться желанию съесть ещё M&M’s или принять простое и лёгкое судебное решение. Ещё одним важным фактором выступает химия мозга, определяющая, насколько соблазнительным кажется искушение. Этот эффект связан с нейромедиатором дофамином, который выделяется в ПФК из нейронов, приходящих туда из прилежащего ядра, которое является частью лимбической системы.

Что делает дофамин в ПФК? Сигнализирует о значимости соблазна, о том, насколько живо ваши нейроны воображают себе манящий вкус M&M’s. Чем больше дофамина выделяется в ПФК, тем сильнее соблазн и тем сложнее ПФК сопротивляться. Повысьте уровень дофамина в ПФК, и вам вдруг станет трудно сдерживать свои порывы. И, как и следовало ожидать, существует целая вселенная факторов, не зависящих от вас и влияющих на количество дофамина, насыщающего вашу ПФК (то есть, чтобы понять, как работает дофаминовая система, снова не обойтись без анализа «за секунду до» и «за столетие до»).

В секунды и часы, предшествующие событию, сенсорная информация без вашего ведома модулирует работу ПФК. Дайте испытуемой понюхать пузырёк с потом напуганного человека, и её миндалина активируется так, что ПФК будет трудно её обуздать. Хотите быстро изменить работу лобной коры среднестатистического гетеросексуального мужчины? Подвергните его воздействию определённого стимула, и его ПФК с большей вероятностью решит, что перейти дорогу в неположенном месте — прекрасная идея. Что это за стимул? Близость привлекательной женщины. Жалкое зрелище, не спорю.

Таким образом, самые разные вещи, часто не зависящие от вас, — стресс, боль, голод, усталость, запах пота, человек, попавший в поле периферийного зрения, — могут влиять на эффективность работы вашей ПФК. Как правило, без вашего ведома. Ни один судья, если его спросят, почему он только что вынес такое решение, не станет ссылаться на уровень глюкозы в крови. Вместо этого мы услышим философские рассуждения о каком-нибудь давно почившем бородатом типе в тоге.