Как измерить внимание в миллисекундах

 

Каждый из нас весьма субъективно интерпретирует понятие концентрации. Однако ученых такое положение вещей не устраивает, им всегда хочется перевести результаты своих исследований в количественный формат, измерить то, что они изучают. Сегодня стало возможным измерить уровень внимания.

Психолог Майкл Познер провел серию простых, но эффектных экспериментов[20]. Они выполняются на компьютере. Каждое задание требует различной степени концентрации. В одном из заданий на экране монитора возникает «цель» — небольшой квадратик. Участник эксперимента должен — как можно скорее — нажать на клавишу. Таким образом измеряется скорость реакции на внешний стимул, или уровень произвольного внимания. В другом тесте на дисплее всплывает треугольник, который предупреждает о том, что скоро на экране появится «цель». Таким образом, измеряется уровень бодрствования. В третьем задании на экране возникает стрелка — за несколько секунд до того, как появится «цель». Стрелка не только предупреждает о событии, но и подсказывает, где именно его следует ждать. Теперь участник эксперимента может заранее направить свое внимание туда, где возникнет цель.

Измеряя скорость реакции, можно измерить и уровни разных типов внимания. Примечательно, что разные типы внимания функционируют независимо друг от друга. А это означает, что человек может испытывать затруднения только с одним типом внимания, а с заданиями, требующими другого типа внимания, справляется вполне успешно[21].

Австралийские ученые провели серию экспериментов. Дети, страдающие синдромом дефицита внимания, и здоровые дети играли в две видеоигры[22].

Первая игра называется «Выстрел в упор» («Point Blank»). Цель ее — обнаружить и обстрелять мишени, которые по очереди появляются на дисплее. Дети наперебой нажимают на клавиши. Результат игры зависит от уровня внимания и скорости реакции.

Вторая игра называется «Бандикут по имени Крэш» («Crash Bandicoot»). Герой игры, бандикут, австралийский барсук, прокладывает дорогу через джунгли, стараясь не угодить в западню, и попутно выполняет разные задания. Смысл игры заключается не только в том, чтобы своевременно направить внимание на определенный объект, но и в том, чтобы следить за его перемещениями по экрану.

В игре «Выстрел в упор» дети из обеих групп показали одинаковые результаты. Однако со второй игрой — «Бандикут по имени Крэш» — они справились по-разному. Дети, страдающие синдромом дефицита внимания и гиперактивности, получили намного меньше баллов, чем дети из контрольной группы: они часто ошибались, и бандикут у них то и дело погибал.

Полученные данные свидетельствуют о том, что разные системы — непроизвольного и произвольного внимания — функционируют по-разному. И это в свою очередь может означать, что разные области или разные процессы в мозге отвечают за внимание разного типа. Каковы биологические механизмы внимания и концентрации?

 

Прожектор

 

Представьте себе, что вы находитесь в большой комнате с белыми стенами, которая выглядит как экспериментальная лаборатория. У стен стоят полки, на которых штабелями лежат коробки, доверху набитые пластиковыми перчатками, медицинскими пластырями, лентами и подушками. В комнате есть также белые и голубые пластмассовые шары различного размера и объекты, похожие на огромные решетчатые шлемы. У объектов, которые стоят штабелями возле стен, есть одно свойство, которое их объединяет: они не являются магнитными. Посреди комнаты стоит белый куб — приблизительно два на два метра, он оснащен электромагнитом, создающим мощное магнитное поле, способное превратить маленький стальной кислородный баллончик в настоящий снаряд.

Чтобы создать такое сильное магнитное поле, требуются электромагниты, которые охлаждаются жидким гелием при температуре минус 296 °C. В центре куба есть цилиндрическое отверстие, а также выдвигающаяся кушетка, на которой можно поместить пациента и транспортировать его внутрь куба, с тем чтобы составить карту его мозговой активности.

Куб — это магнитно-резонансный томограф, один из самых сложных и умных приборов, позволяющих нам проследить, как функционирует человеческий мозг и, в частности, как функционирует механизм внимания. Поместив пациента в томограф, экспериментаторы давали ему разные задания, например переключить внимание с одной части картины на другую. А камера тем временем фиксировала состояние мозга. Примерно через полчаса после начала эксперимента была получена информация, позволившая точно определить, какие именно области мозга активизировались.

Техника позволяет проследить за процессами кровотока в мозге. Когда нейроны в отдельно взятой области мозга активизируются, туда устремляется поток крови, обогащенной кислородом.

В 1990-е годы ученые обнаружили, что поскольку гемоглобин воздействует на магнитное поле по-разному, в зависимости от того, присутствует ли в гемоглобине молекула кислорода или нет, магнитно-резонансная камера может использоваться для получения изображений мозговой активности. Камера также позволяет получить детализированные снимки мозга, с тем чтобы определить местонахождение опухолей и других аномалий. Но чаще всего, используя эффект обогащенного кислородом гемоглобина, ученые пытаются проанализировать функциональную деятельность мозга.

Эту методику называют магнитно-резонансным сканированием или функциональным магнитно-резонансным исследованием.

Ученые из медицинского колледжа в Висконсине Джулия Брефчински-Льюис и Эдгар Дейо использовали функциональную магнитно-резонансную методику, чтобы измерить уровень внимания[23]. Испытуемых поместили в магнитно-резонансную камеру и дали им задание — смотреть на экран, показывающий круг, разделенный на разноцветные сектора, наподобие мишени. Таким образом ученые изучали механизм произвольного внимания. В этом эксперименте было использовано еще одно свойство внимания — совместимость центрального фокусного внимания и периферического внимания. Например, мы можем смотреть на один предмет и в то же время направить внимание — на другой. Попробуйте смотреть на центр циферблата и в то же время не упускать из зоны внимания цифры.

Чтобы оценить результаты этого эксперимента, нам нужно знать, как в мозге обрабатываются визуальные впечатления. С помощью магнитно-резонансного томографа ученые обычно изучают разные функции мозга, и, прежде всего, деятельность коры головного мозга. Кора головного мозга представляет собой тонкий слой нервной ткани, покрывающий всю поверхность большого мозга и образующий множество складок. Благодаря складкам и извилинам она умещается в черепную коробку сравнительно небольшого объема. Визуальные сигналы поступают в затылочную долю, которая называется первичной зрительной корой. Отсюда сигналы передаются далее, в более специализированные визуальные области. Разные части изображения, разные сектора картины кодируются разными частями визуальной области коры мозга. Таким образом, визуальная область мозга составляет карту происходящего.

Когда испытуемые задерживают взгляд, переключая внимание с одного участка картины на другой, соответствующие зоны первичной визуальной области активизируются. Результаты, полученные методом томографии, настолько убедительны, что по активности мозга можно даже определить, куда испытуемый направит свое внимание.

Эти эксперименты позволяют более детально изучить биологические механизмы внимания. Если визуальная область — это карта, то внимание можно уподобить прожектору, который освещает определенные части этой карты[24]. Если какая-либо область освещена, значит, нейроны в этой зоне обладают высокой степенью активности, и, стало быть, более восприимчивы к приему информации[25].

По карте мозга можно определить разные параметры. В соматосенсорной коре мозга, например, содержится анатомическая карта — карта разных органов и частей тела. В одном из первых исследований мозговой активности и внимания нейрофизиолог Пер Роланд дал задание контрольной группе — закрыть глаза и сосчитать, сколько раз волосок прикоснется к их указательному пальцу. Однако во время эксперимента никто не прикасался к испытуемым. Но уже сам факт ожидания заставлял участников эксперимента направить свое внимание к указательному пальцу, и поэтому на сенсорном участке усилилась мозговая активность.

 

Состязание нейронов

 

Одно из исследований наглядно демонстрирует, что внимание функционирует, используя механизм выбора. Причем происходит это на клеточном уровне. Ученые зарегистрировали активность в визуальной области мозга, когда испытуемым показывали сначала зеленый круг, а затем зеленый и красный круг одновременно[26]. Оказалось, что мозговая активность, которая возникает в зрительной области при появлении зеленого круга, уменьшается, когда рядом с зеленым появляется красный круг. Это происходит, скорее всего, потому, что нейроны в двух пограничных областях зрительной зоны подавляют импульсы друг друга. Но этот эксперимент продемонстрировал еще одну особенность — когда испытуемый не обращал внимания на красный круг и сосредотачивался только на зеленом, то мозг проявлял такую же активность, как тогда, когда испытуемому показывали только один круг.

В процессе этого эксперимента удалось расшифровать один из самых элементарных механизмов внимания: активность одной группы нейронов увеличивается за счет других. Этот эффект условно называют biased competition — необъективной или предвзятой конкуренцией[27]. Когда испытуемый смотрит только на один объект, в данном случае только на зеленый круг, ему не надо напрягать внимание, чтобы удерживать его в поле зрения. Но если появляется множество конкурирующей информации, которую наш мозг должен обрабатывать, то приходится делать выбор.

Можем ли мы применить эти знания к повседневной ситуации в офисе? Если бы у Лотты был кабинет, напоминающий монастырскую келью, и у нее на столе лежала бы только одна книга — Библия, то проблема выбора отпала бы сама собой. Но когда на столе находятся хотя бы два предмета или документа, то уже приходится выбирать, на какой из них направить внимание. А поскольку поток информации увеличивается, то и требования к вниманию предъявляются более высокие.

Как наши мысли, идеи, воспоминания и импульсы соперничают друг с другом за наше внимание? Именно этот аспект с большим трудом поддается изучению. Необходимость контролировать внимание отпадает, если мы сосредоточены только на выполнении одной задачи. Но если мы стремимся одновременно выполнить несколько задач, то нам приходится контролировать и регулировать наше внимание. Когда окружающая среда посылает нам сигналы, мы вынуждены реагировать на них. Например, когда наш коллега в офисе роняет чашку с кофе на пол или когда птица внезапно влетает в комнату, наше внимание автоматически переключается.