您的大腦如何處理棘手的任務

您的大腦如何處理棘手的任務
通過實踐變得更容易。 Duntrune Studios / Shutterstock

您是否曾經坐下來完成早上的填字遊戲或數獨遊戲,並且想知道大腦中發生了什麼? 代碼在大腦中數十億個神經元的活動中的某個地方,可以讓您記住一個關鍵字或應用完成拼圖所需的邏輯的代碼。

考慮到大腦的複雜性,您可能會認為這些模式非常複雜,並且對於每個任務都是唯一的。 但 最近的研究 表明事情實際上比這更直接。

事實證明,大腦中的許多結構以精確的方式協同工作,以協調其活動,使它們的行為適應您要達到的目標。

我們將這些協調模式稱為“低維流形”,您可以將其視為與上下班通勤所使用的主要道路類似。 大部分交通沿這些主要公路流動,這是從A到B的一種有效途徑。

我們發現有證據表明大多數大腦活動遵循這些類型的模式。 簡單來說,這使您的大腦無需在執行任務時從頭開始進行所有工作。 例如,如果有人向您扔球,則低維歧管可使您的大腦迅速協調接球所需的肌肉運動,而無需您的大腦每次都需要學習如何重新接球。

在10月22 2019雜誌《神經元》上發表的一項研究中,我和我的同事們進一步研究了這些模式。 具體來說,我們想了解在真正需要挑戰的認知任務中,他們是否會在塑造大腦活動中發揮作用。

我們使用高分辨率的功能磁共振成像(fMRI)對人們的大腦進行掃描, 拉丁方塊任務,類似於數獨難題,但使用形狀而不是數字。 任何在早間喝咖啡前玩過數獨遊戲的人都知道解決這個問題需要多少專注力和專注力。


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假設每個形狀在每一行和每一列中只能顯示一次,則拉丁方任務背後的想法是識別網格中特定位置的缺失形狀。 我們創建了三種不同的難度級別,這些級別定義了需要檢查多少不同的行和列才能得出正確的答案。

指揮交通

我們的預測是,執行更困難的任務版本將導致低維歧管的重新配置。 回到高速公路的比喻,一項棘手的任務可能是將一些大腦活動從高速公路上拉到後街,以幫助解決擁堵問題。

我們的結果證實了我們的預測。 較困難的試驗表明,大腦的激活方式與簡單的大腦激活方式不同,就好像大腦的交通沿不同的道路改道一樣。 任務越棘手,模式變化就越多。

更重要的是,我們還發現,這些變化的大腦激活模式與在較硬的Latin Squares測試中犯錯的可能性增加之間存在聯繫。

從某種意義上說,嘗試一項艱鉅的任務就像在早上通勤時嘗試一隻新老鼠一樣,雖然您可能會成功,但是在匆忙和壓力下,您也有可能走錯了路。

總的來說,這些結果表明我們的大腦活動可能並不像我們以前想像的那樣複雜。 大多數時候,我們的大腦會沿著非常完善的路線引導流量,即使需要創意,它仍會嘗試將流量發送到同一最終目的地。

這給我們提出了一個重要的問題:大腦如何達到這種協調水平?

一種可能性是該功能可以通過 丘腦,它位於大腦深處,但幾乎與整個大腦其餘部分相連。

重要的是,丘腦的電路可以充當對大腦皮層(大腦的主要信息處理中心)中正在進行的活動的過濾器,因此可以發揮我們一直在尋找的影響。

您的大腦如何處理棘手的任務
丘腦和大腦皮質在大腦中的位置。
皮科維特/ Shutterstock

在傳統的神經影像實驗中,難以破解丘腦的活動模式。 但幸運的是 我們研究中使用的高分辨率MRI掃描儀 我的同事Luca Cocchi和Luke Hearne收集的資料使我們能夠詳細觀察它們。

果然,我們看到丘腦中的活動與低維流形中的活動流之間有明確的聯繫。 這表明,當執行特定任務時,丘腦有助於塑造和約束皮層中的活動,有點像警務人員指揮繁忙的交通。

因此,下次您坐下來玩Sudoku時,請為您的丘腦和它有助於創造的低維流形保留一個思路。 他們共同塑造了大腦活動,最終將幫助您解決難題。談話

關於作者

詹姆斯·希恩,羅賓遜研究員, 悉尼大學

本文重新發表 談話 根據知識共享許可。 閱讀 原創文章.

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