Как память ориентирует нас на новое и неожиданное
Любопытство – это хорошо. Похоже, оно приносит неожиданные дивиденды.
В детстве моим любимым супергероем был Человек-паук. Я коллекционировал комиксы и смотрел мультсериал по телевизору после школы, но никогда бы не подумал, что двадцать лет спустя Человек-паук станет многомиллиардной кинофраншизой. В фильмах проделана невероятная работа, воплощены в жизнь почти все сверхспособности Человека-паука, но самая интересная и важная, на мой взгляд, его способность как раз не требует спецэффектов: это «паучье чутье». Всякий раз, когда грозит опасность, Человек-паук чувствует покалывание в затылке, предупреждающее, что необходимо просканировать среду на предмет угрозы. Это шестое чувство работает как предвидение – позволяет ему начать действовать, даже не успев осознать опасность.
Человек-паук – вымышленный персонаж, но в мысли о том, что рудиментарное паучье чутье может присутствовать и у людей, есть доля истины: наш мозг способен очень быстро уловить, когда что-то не так, – еще до того, как мы обратим на это сознательное внимание. Я сам пережил такое в бытность студентом Калифорнийского университета в Беркли. Я жил кварталом восточнее Народного парка, где в шестидесятые годы проходили антивоенные протесты, но к тому времени он больше славился наркотиками и грабежами. Моя квартира находилась на первом этаже таунхауса, нам с соседом повезло: досталась мебель от предыдущего арендатора, который внезапно съехал после нервного срыва[220].
Однажды днем я пришел домой и заметил на земле у входа куртку. Я не придал этому особого значения; в нашем районе находить всевозможные вещи на подъездной дорожке было обычным делом. Но когда я отпер замок и открыл входную дверь, мое «паучье чутье» встрепенулось. Что-то было не так. Мое внимание привлекло открытое окно гостиной, потом – отодвинутый в сторону диван, а потом – мои компакт-диски, которые лежали не так, как я их оставил. Интуиция подсказывала: что-то не так, но я придумал безобидное объяснение – должно быть, сосед по комнате, Дэйв (активист студенческого клуба молодых демократов), устроил вечеринку[221]. Я пошел за телефоном (это было еще до появления мобильников), чтобы ему позвонить, но телефон исчез. Вот тогда до меня наконец дошло, что нас ограбили. Я побежал наверх, чтобы позвонить в полицию по телефону соседа, а когда через несколько минут вернулся, задняя дверь была распахнута настежь, а куртка с подъездной дорожки исчезла: получается, когда я вошел в первый раз, злоумышленник был все еще в доме. Если смотреть на этот опыт с точки зрения исследователя памяти, интересно беспокойство, которое я почувствовал, едва открыв дверь. Этого не выяснить наверняка, но, опираясь на наши исследования, я считаю, что такое беспокойство вытекает из важнейшего свойства памяти: ее суть не в воспроизведении прошлого, а в ориентации на будущее. Наши воспоминания о прошлом – «старом» – позволяют выделять критически важные ресурсы на «новое», на то, что изменилось. Эта способность, вероятно, имела решающее значение для выживания наших предков в изменчивом мире. На более глубоком уровне это служит свидетельством того, как память позволяет нам преодолевать время и чувствовать связи между прошлым, настоящим и будущим.
В случае с ограблением я входил в дверь с целым набором ожиданий и прогнозов: никаких курток на подъездной дорожке, окно закрыто, диван там, где я его оставил, телефон на столе – и уж точно никакого вора в доме. Когда я вошел в квартиру, прогнозы не оправдались, и это запустило в моем мозге контуры, предупреждающие о неожиданном.
Некоторые утверждают, что основная задача памяти – предсказывать будущее. Но это не обязательно значит делать верные прогнозы. Конечно, если бы мы всегда могли заранее подгружать точное представление о том, что произойдет, наш мозг бы эффективно обрабатывал эту информацию. Но случаи, когда мы оказываемся неправы, – нейробиологи называют их ошибками прогнозирования – тоже важны[222]. Ошибки прогнозирования инициируют в мозге цикл, в котором память (то есть то, что уже известно о мире) ориентирует нас на неожиданное, стимулируя любопытство и мотивируя исследовательское поведение, чтобы заполнить пробелы между прогнозами и тем, с чем мы сталкиваемся в действительности. Информация, которую мы получаем во время исследования, в свою очередь, имеет в памяти высокую значимость. Как мы увидим, этот цикл прогнозирования, ориентирования, исследования и кодирования лежит в основе универсального человеческого стремления учиться и исследовать.
Имеющий глаза да увидит
Наши глаза совершают примерно по четыре движения в секунду. В большинстве случаев мы этого не осознаем, но такие движения совсем не случайны. Это известно из результатов исследований, в которых инфракрасная камера отслеживает взгляд человека, смотрящего на картинку. Ученые привыкли думать, что глаза «фиксируются» на самом заметном – например, на ярком свете. Джон Хендерсон, один из моих коллег в Калифорнийском университете в Дэвисе, провел свою профессиональную жизнь, исследуя, что вернее всего притягивает наш взгляд, – он обнаружил, что в реальном мире упомянутые факторы играют совсем незначительную роль. В повседневной жизни наши глаза направляет – вы угадали – память[223].
Во-первых, у нас есть знания общего характера (семантическая память), которые направляют исследование визуального мира: так мы можем находить то, что должно быть в определенном месте, и быстро распознавать, когда что-то не на месте. Если вы придете к подруге в новый дом и она пригласит посмотреть кухню, то еще до того, как войти туда, вы будете готовы обратить взгляд туда, где должны располагаться вещи, – ведь у вас есть ожидания, схема, основанная на прошлом опыте с кухнями. Возможно, сначала вы посмотрите на столешницу, где ожидаете увидеть кофеварку или микроволновую печь. Но если что-то нарушит ожидания – например, вы увидите блендер на полу или пустое место там, где должен быть холодильник, – эти места немедленно притянут ваш взгляд.
Другой фактор – узнавание. Обычно мы дольше смотрим на новое, чем на то, что уже видели. Это верно и для взрослых, и для младенцев, а также для обезьян, собак, кошек и грызунов. Логично, что наши глаза не задерживаются на знакомых вещах – особенно если вспомнить, что клеточным ансамблям не нужно так усердно трудиться, чтобы обрабатывать информацию об уже знакомых объектах, лицах или местах.
Семантическая память и узнавание отражают, что мы видели в прошлом, но память не просто хранит знания или отслеживает, что мы видели; она указывает, что мы можем и должны сделать в будущем. В невероятно прозорливой работе, опубликованной в 1978 году, лауреат Нобелевской премии Джон О'Киф и профессор психологии из Университета Аризоны Линн Надель предположили, что главная эволюционная функция гиппокампа – сообщать нам о новых или необычных местах, чтобы мы могли их исследовать[224]. Приматы, особенно люди, изучают мир глазами, и теория О'Кифа и Надель предсказывала, что при виде чего-то нового или неуместного должен возникать сигнал от гиппокампа, стимулирующий исследовать окружающее. Несколько других исследований подтвердили это предсказание[225]: и обезьяны, и люди склонны совершать больше исследующих движений глаз, когда видят что-то новое, чем когда видят что-то знакомое, и эта склонность зависит от целостности гиппокампа.
Мой давний друг Эмра Дюзель, который руководит одним из крупнейших в Германии центров исследования болезни Альцгеймера, обнаружил, что реакция гиппокампа на новизну может даже помогать определить риск заболевания[226]. В одном из исследований команда Эмры предлагала молодым людям во время МРТ-сканирования смотреть на фотографии как новых, так и хорошо знакомых мест. Как и ожидалось, активность гиппокампа возрастала, когда испытуемые смотрели на фотографии новых мест – она возрастала даже тогда, когда люди ожидали увидеть фотографию нового места. Эти результаты побудили Эмру исследовать реакцию гиппокампа на новизну в группе из более 200 пожилых людей. Оказалось, что пожилые люди с высоким уровнем тау-белка и бета-амилоида в мозге (белков, которые при болезни Альцгеймера накапливаются до токсичных уровней) показывали ослабленную реакцию гиппокампа на новые фотографии: это, в свою очередь, предсказывало ухудшение памяти. Данные Эмры позволяют предположить, что реакция мозга на новое тесно связана со способностью помнить то, с чем мы сталкивались ранее, и что потеря реакции на новизну может быть ранним показателем риска болезни Альцгеймера.
Наконец, воспоминания, сформированные в гиппокампе, помогают направлять зрительное исследование пространства. Скажем, когда вы впервые увидели кухню подруги, ваш взгляд мог руководствоваться семантической памятью, которая дает ожидания вероятного расположения предметов. Но после первого визита гиппокамп поможет остальному мозгу делать более точные прогнозы о том, куда следует смотреть и что следует искать. Если с вашего последнего прихода ничего не изменилось, в следующий раз у подруги на кухне вы будете делать меньше движений глаз, но они будут более целенаправленными, и вас уже не так сильно собьет с толку блендер на полу или отсутствующий холодильник. Но если вещи окажутся не там, где им положено быть, ваши глаза быстро обратят внимание на отклонения – даже раньше, чем вы успеете осознать, что изменилось[227].
В 2000 году Дженнифер Райан и Нил Коэн из Иллинойсского университета опубликовали продуманное исследование, которое показало, что гиппокамп имеет решающее значение для настройки внимания на изменения в окружающей среде[228] (что-то вроде «паучьего чутья», которое дергало меня за краешек сознания на пороге квартиры в Беркли). Райан и Коэн использовали трекер движения глаз и многократно показывали людям одну и ту же серию фотографий. По мере того как фотографии становились все более знакомыми, участники эксперимента совершали все меньше исследующих движений глаз. Но когда Райан и Коэн меняли изображение – например, фотография ребенка с котенком на фоне повторялась, но котенка убирали фотошопом, – глаза участников задерживались на измененных участках изображения и еще несколько секунд продолжали возвращаться к одному и тому же месту. Иногда они даже фиксировались на пустых местах – областях, которые должны были быть совершенно неинтересными, – потому что мозг улавливал: там что-то должно быть. Удивительно, но даже когда испытуемые не знали, что что-то изменилось, они проводили больше времени, разглядывая измененные области, как будто их щекотало «паучье чутье». А вот когда измененные изображения показывали людям с амнезией, их глаза не тянулись к измененным частям. Без функционирующего гиппокампа «паучье чутье» исчезало.
Почему люди со здоровым мозгом засматриваются на пустые места и почему это странное поведение зависит от гиппокампа? Когда вы отправляетесь в новое место или даже просто рассматриваете фотографию нового места, неокортекс может формировать отдельные воспоминания об отдельных деталях – лицах, местах, предметах. Но, как мы узнали, именно гиппокамп помогает собрать воедино всю информацию по типу «кто», «что», «где» и «когда», чтобы позже можно было извлекать связные воспоминания о прошлом. Результаты Райан и Коэна показали, что на эти гиппокампальные воспоминания можно опираться, чтобы определять, чего ожидать здесь и сейчас[229]. Если что-то находится не на своем месте, срабатывает паучье чутье, и мозг посылает глазам сообщение просканировать эту область, чтобы выяснить, что стряслось.
Дебби Ханнула, научный сотрудник моей лаборатории, которая раньше работала вместе с Дженнифер Райан и Нилом Коэном, решила проверить эту идею в эксперименте[230]. Она воспроизвела условия, в которых мы ассоциируем конкретных людей с контекстом определенного места. Дебби собрала фотографии моделей волос – те, что можно увидеть в рекламе шампуня или каталоге парикмахерской. Участники исследования видели эти привлекательные лица совмещенными с изображениями определенных мест: например, лицо Тревора демонстрировалось наложенным на фотографии вестибюля музея, а лицо Мии – на изображение Гранд-Каньона. Мы с Дебби предположили, что если снова показать испытуемым те же места, то гиппокамп извлечет воспоминание, чтобы выдать прогноз, кто там будет – то есть, увидев фото толпы в вестибюле, участники эксперимента смогут быстро найти в толпе лицо Тревора. В сканере МРТ это работало так: мы ненадолго показывали изображение одного из мест, которые участники видели ранее, а через десять секунд показывали три знакомых лица и просили участников выбрать нужное.
Когда на экране демонстрировались места, в гиппокампе каждый раз наблюдался всплеск активности: это соответствовало представлениям о том, что сам вид места уже вызывает извлечение воспоминания из гиппокампа. Этого всплеска было достаточно, чтобы десять секунд спустя внимание испытуемых немедленно притягивалось к Тревору и Мии, даже среди множества других лиц.
Особенно любопытно, что гиппокамп справлялся с управлением вниманием людей лучше, чем с извлечением осознанных эпизодических воспоминаний. Даже когда гиппокамп подсвечивался в ответ на фото музея и участник немедленно смотрел на Тревора, иногда он все равно выбирал неправильное лицо. Выбор нужного лица зависел от связи между гиппокампом (для верного прогноза) и префронтальной корой. Логично – если учесть роль префронтальной коры в намеренном запоминании. Гиппокамп, одна из самых эволюционно древних структур мозга, может справляться с тем, чтобы указать нам направление грядущего, как предположили О'Киф и Надель, но иногда недостаточно извлечь воспоминание из гиппокампа, если мы не можем этой информацией воспользоваться, и здесь вступает в дело префронтальная кора. Без связи между гиппокампом и префронтальной корой люди могли бы чувствовать щекотку «паучьего чутья», но не понимали бы, что ее вызвало.
Что такое?
Я иногда играю в кавер-группе под названием Pavlov's Dogz[231]: это коллектив нейробиологов со всего мира. Обычно мы встречаемся на профильной конференции, два дня репетируем песни 70-х и 80-х – Blondie, Дэвида Боуи, Pixies, Joy Division, Игги Попа, Ramones и Gang of Four, а потом играем концерт с полным залом. Называется группа в честь лауреата Нобелевской премии, русского физиолога Ивана Павлова, знаменитого фундаментальными исследованиями, в которых он показал, что по сигналу, предвещающему еду, у собак выделяется слюна[232].
Если не считать кавер-группы и слюнявых собак, по-моему, самым интересным вкладом Павлова в науку о памяти было описание наших реакций на новые и неожиданные события[233]. Он заметил, что подопытные животные характерным образом реагировали на любые изменения или новые предметы в окружающей среде. Он назвал эту реакцию рефлексом «Что такое?»: это выражение изумительно доходчиво описывает, что происходит в мозге, когда мы сталкиваемся с чем-то новым или неожиданным. К сожалению, ученые не умеют оставить все как есть, поэтому, когда работа Павлова стала широко известна, они придумали термин более мутный и выхолощенный.
Ориентировочный рефлекс[234] (под этим именем в итоге прославился рефлекс «Что такое?») представляет собой организованный набор изменений в мозге и во всем теле в ответ на нечто новое или неожиданное. Расширяются зрачки, повышается светочувствительность. Кровь приливает к голове, а в остальной части тела сосуды сужаются, мозг получает быстрый вброс нейромодуляторов, таких как дофамин, норадреналин и ацетилхолин. В то же время согласованно меняется нейронная активность в обширной сети областей мозга, включая гиппокамп и префронтальную кору[235].
Ориентировочный рефлекс запускается, когда мы сталкиваемся с неожиданными или удивительными событиями. Он встречается у самых разных биологических видов: это показатель эволюционной ценности распознавания и реагирования на неожиданное. Простейший способ измерить ориентировочный рефлекс у человека (или любого млекопитающего) – записывать электрическую активность в мозге, пока испытуемый слушает серию звуковых сигналов «бип», среди которых иногда встречается «буп» (в этот момент испытуемый должен нажать кнопку). Выполняя такое задание, человек быстро обучается ожидать ничем не примечательный поток «бипов» и «бупов», и все, что требуется нейробиологу, чтобы запустить ориентировочный рефлекс вашего мозга, – вставить неподходящий звук, например, кряканье утки или лай собаки[236]. В начале эксперимента при каждом неподходящем звуке возникает огромный всплеск мозговой активности. Но минут через двадцать такие «крученые мячи» становятся настолько обыденными, что больше не вызывают особой реакции мозга. В конце концов мы начинаем ожидать неожиданного.
Два центральных персонажа этой книги – гиппокамп и префронтальная кора – играют ключевую роль в формировании рефлекса «Что такое?»[237]. Это известно из исследований процессов, происходящих в гиппокампе и префронтальной коре при столкновении с неожиданными стимулами, и того, что происходит при повреждении этих областей[238].
Когда я помогал создавать центр визуализации мозга в Калифорнийском университете в Беркли, то слышал выступление приглашенного немецкого эпилептолога по имени Томас Грюнвальд. Следуя методу, популяризированному Уайлдером Пенфилдом более полувека назад, Грюнвальд использовал электроды, чтобы записывать информацию из разных областей мозга и определять, где возникают приступы. Это позволяло удалить дисфункциональную мозговую ткань, не повреждая сохранные области мозга. Когда люди со здоровым гиппокампом слушали последовательности звуков, Грюнвальд наблюдал заметный всплеск электрической активности в гиппокампе в ответ на неожиданные шумы[239]. Но эта реакция практически отсутствовала у пациентов с дисфункцией гиппокампа. Грюнвальд обнаружил, что ориентировочный рефлекс является, пожалуй, одним из самых надежных показателей здоровья гиппокампа – таким образом, он помогает определить, когда необходимо удалить гиппокамп, чтобы у пациента прекратились приступы.
Данные Грюнвальда меня заинтересовали: из них, кажется, можно было вынести что-то важное о том, почему некоторые события особенно запоминаются. Мы уже знали, что способность образовывать новые воспоминания усиливается, когда нас мотивирует угроза или награда – как мы с Майком Коэном наблюдали в исследовании азартных игр, – и мы задались вопросом: возникает ли в мозге подобный эффект в ответ на неожиданное? В общем, мы с Томасом Грюнвальдом и Николаем Аксмахером (подающим надежды неврологом из Боннского университета) разработали исследование, чтобы выяснить, как ориентировочный рефлекс может быть связан с обучением[240]. Майк тоже вдохновился и решил поучаствовать: он получил престижную стипендию от немецкого правительства, собрал чемоданы и переехал в Бонн, чтобы записывать данные непосредственно с человеческого мозга.
В своей клинической практике Николай в том числе обследовал пациентов, которым в мозг вживили электроды, чтобы найти источник приступов. Пока врачи ждали приступа, чтобы записать активность мозга, у пациентов было много свободного времени, так что они соглашались принять участие в нашем исследовании. Мы просили добровольцев запомнить набор изображений лиц и домов. В некоторых наборах среди множества домов встречалось лицо или среди множества лиц встречался дом. Мы ожидали, что неожиданности вызовут ориентировочный рефлекс, который повлияет на то, как хорошо запоминаются эти изображения. Чтобы разобраться, связан ли этот рефлекс с памятью, мы набрали людей с эпилепсией, которым, как и пациентам Пенфилда, вживили электроды в разные части мозга, чтобы определить, где возникают приступы, а позже рассмотрели ориентировочные рефлексы у людей, чей гиппокамп был в целом в норме.
В науке дело часто принимает интересный оборот благодаря неожиданным связям. Вскоре после приезда в Бонн Майк познакомился с ученым, который применял радикальный подход к лечению людей с тяжелой депрессией. По его теории, они страдали из-за нарушений в системе вознаграждения мозга, поэтому клиницисты пытались «запустить» эту систему, имплантируя электроды для стимуляции прилежащего ядра – области мозга, которая при помощи дофамина обучается за вознаграждение. После имплантации электродов хирурги некоторое время регистрировали мозговую активность с электродов (чтобы убедиться, что они находятся в нужной области мозга), прежде чем начать стимуляцию. Майка взбудоражила возможность записывать электрические сигналы напрямую из мозгового контура обучения и вознаграждения; он убедил клиницистов предложить пациентам поучаствовать в нашем эксперименте, пока хирурги регистрировали мозговую активность во время имплантации электродов. Майк догадывался, что дофамин может играть ключевую роль в том, как мы осваиваем неожиданное, и, если это так, мы должны были бы обнаружить у этих пациентов ориентировочный рефлекс.
Итак, благодаря Майку и Николаю мы смогли набрать две группы пациентов, у одной электроды были в гиппокампе, у другой – в прилежащем ядре. Записи первой группы показали, что менее чем через 200 миллисекунд после того, как на экране мелькало неожиданное лицо или здание, – этого времени едва хватает для движения глаз – в гиппокампе возникал всплеск активности. Эти данные соответствуют представлению о том, что гиппокамп подобен детектору «Что такое?»: он предупреждает мозг о неожиданном. Мы также обнаружили второй всплеск активности в гиппокампе чуть более чем через полсекунды после нетипичного изображения на экране, и этот всплеск предсказывал, сможет ли испытуемый потом припомнить неожиданный предмет. По этим данным можно предположить, что гиппокамп главным образом формировал воспоминания о неожиданных изображениях.
Когда мы изучили данные участников, которым электроды вживили в прилежащее ядро, оказалось, что догадка Майка была верна. Активность в прилежащем ядре резко возрастала примерно через полсекунды после нетипичного изображения. Мы знали, что активность в прилежащем ядре связана с увеличением выброса дофамина в мозге: это стимулирует нас к получению вознаграждения. Но наши данные не объяснялись внешним вознаграждением. Наши участники не получали награды за то, что запоминали неожиданный дом, показанный среди множества лиц, или лицо в потоке домов – ожидаемые и нетипичные изображения были одинаково важны. Наши результаты показали, что удивительные или неожиданные события активируют эту систему сами по себе, даже без внешнего вознаграждения.
Объединив данные пациентов с эпилепсией и электродами в гиппокампе и пациентов с депрессией, у которых электроды были в прилежащем ядре, мы пришли к результатам, подтверждающим теорию Джона Лисмана – ныне покойного нейробиолога из Брандейса, – который описывал, как неожиданные события запускают последовательность нейронных реакций, усиливающих обучение. По его теории, гиппокамп исходно реагирует на неожиданные события, которые затем активируют прилежащее ядро, а оно подает областям глубоко в мозге сигнал высвободить дофамин, который позволяет гиппокампу сформировать новые воспоминания о неожиданной информации.
Как мы уже видели, не все воспоминания одинаково важны. Наш мозг преимущественно сохраняет воспоминания о взлетах и падениях, и точно так же он отдает приоритет изучению нового и удивительного. Это логично: когда вы сталкиваетесь с чем-то совершенно ожидаемым, например с блендером на кухонном столе, особых причин это запоминать нет. Но если на столе у друга вы увидите бензопилу, это, вероятно, стоит запомнить (и, возможно, встревожиться).
Результаты нашего исследования также наметили новое направление, в котором моя лаборатория работала следующие несколько лет. Как мы увидели, дофамин подстегивает искать награду, чтобы удовлетворить побудительную мотивацию. Если дофаминовые контуры задействуются, когда мы ошибаемся в прогнозах – например, при столкновении с неожиданностями, – то возникает вопрос: могут ли ошибки в прогнозировании также побуждать к поиску информации? Вскоре мы выяснили, что исследуемые нами нейронные контуры принципиально связаны со стремлением к обучению.
Любопытные создания
Павлов описал ориентировочную реакцию как рефлекс, то есть как врожденный биологический ответ[241]. В лекции 1927 года он говорил о нем так:
Биологическое значение этого рефлекса очевидно. Если бы животное не было наделено подобным рефлексом, его жизнь бы все время висела на волоске. У человека этот рефлекс значительно развился, с далеко идущими последствиями: в своей высшей форме он представлен пытливостью – источником научного метода, с помощью которого мы можем надеяться однажды прийти к тому, чтобы по-настоящему ориентироваться в знании окружающего нас мира.
Павлов считал, что ориентировочная реакция, которая наблюдается у всех видов животных, лежит в основе чего-то гораздо большего – возможно, даже питает высшие достижения человечества. Величайшие произведения искусства, литературы и философии, все открытия, которые мы сделали, исследуя рубежи науки и вселенной, вполне возможно, сводятся к связи между реакцией на неожиданное и внутренним стремлением находить ответы. Павлов называл это пытливостью. Большинство из нас назвали бы это попросту любопытством.
Но что же такое любопытство? Что заставляет нас искать ответы и зачем нужен мозг, мотивированный любопытством? Психолог Джордж Левенштейн, первопроходец в области поведенческой экономики, утверждал, что любопытство активируется, когда мы обнаруживаем несоответствие между тем, что знаем, и тем, что хотели бы знать, – туманное пространство, которое он назвал «информационным зазором»[242]. Левенштейн предположил, что любопытство на самом деле не дает приятных ощущений, а скорее напоминает жажду или голод: подталкивает действовать, чтобы получить некое облегчение, словно необходимость почесаться. Кент Берридж обнаружил расхождение между мотивацией получить награду и удовольствием от нее, а Левенштейн предположил, что любопытство связано с мотивацией искать информацию, а не с удовлетворением от получения ответов на свои вопросы.
Нетрудно понять, почему наш мозг может быть настроен на получение базовых наград (еды, воды, удобства), которые обеспечивают выживание, но откуда берется стремление к поиску информации? Нейробиологи утверждают, что оно эволюционно адаптивно, поскольку помогает поддерживать баланс между исследованием и использованием[243]. Представьте себе, что у наших пещерных предков не было бы стремления исследовать ничего за пределами своего непосредственного окружения. Когда возникало желание поесть или попить, они бы беспорядочно бродили по окрестностям, пока не нашли бы воду и еду. Затем они просто пользовались бы тем, что уже знали, и далее раз за разом возвращались бы за пропитанием в те же места. Но когда ресурсов станет меньше, может возникнуть конкуренция, и за место придется бороться. Дело может принять неприятный оборот.
Теперь представьте себе пещерных людей, наделенных любопытством. Движимые стремлением к исследованию, они могут отважиться покинуть известную территорию, чтобы исследовать, что там, за лесом или за холмом. Может быть, попадется новое место с пищей получше, а может – ядовитая змея. Так или иначе, они получат информацию. Информация ценна, поскольку расширяет знания об окружающем мире.
Природа любопытства, некогда непримечательная тема в когнитивной нейробиологии, превратилась в целую область исследований. Она объединяет ученых, интересующихся мотивацией, принятием решений и памятью – как у людей, так и у нечеловекообразных приматов. Некоторые из самых занятных открытий в этой сфере касаются возможного компромисса между любопытством и внешним вознаграждением. Иногда награда снижает внутреннюю мотивацию выполнять задачу или следовать своим интересам[244]. И наоборот: как обезьяны, так и люди готовы отказываться от внешних наград в обмен на информацию, удовлетворяющую их любопытство. Например, нейробиолог Бен Хейден провел эксперимент с макаками-резусами, которым предложили сыграть в азартную видеоигру[245]. Он обнаружил, что подопытным обезьянам не нравилось подолгу находиться в ожидании, поэтому они были готовы соглашаться на меньший выигрыш (меньше сока или воды) в обмен на то, чтобы пораньше выяснить, выиграли ли они.
Компромисс между погоней за конкретными наградами и погоней за знаниями в реальном мире не менее актуален, чем в экспериментах. Скажу на основании личного опыта: эмоциональные, интеллектуальные и финансовые вложения в получение научной степени могут служить ярким примером отказа от наград в обмен на возможность удовлетворить любопытство.
Несмотря на то, что любопытство связано с мотивацией к обучению, мы только недавно начали исследовать, действительно ли любопытные учатся лучше. О вероятной связи между любопытством и памятью мне довелось узнать побольше благодаря недавно получившему докторскую степень в Университетском колледже Лондона Маттиасу Груберу, который присоединился к моей лаборатории в 2007 году в качестве постдока. Маттиас учился в Англии, так что был хорошо знаком с британским пристрастием к викторинам в пабах. Традиция конкурсов на знание любопытных фактов среди команд из посетителей паба зародилась в 1980-х годах как способ привлечь клиентов в непопулярные дни. С тех пор викторины стали такой же частью британской культуры, как рыба с картошкой и воскресное жаркое; по некоторым оценкам, около трети из примерно шестидесяти тысяч пабов Соединенного Королевства проводят викторину минимум раз в неделю. Цель участия в пабной викторине – блеснуть знаниями и победить оппонентов, но немалая часть притягательности кроется и в самих вопросах. Иногда при виде вопроса («Какое самое большое в мире наземное млекопитающее?») ответ приходит на ум немедленно (африканский слон), и вы довольны собой. А иногда вы слышите вопрос («В каком году был изобретен мармайт[246]?»), но понятия не имеете об ответе (1902) и не заинтересованы в его получении, поэтому с нетерпением ждете следующего вопроса. Но время от времени попадается вопрос, ответ на который вы вроде должны бы знать («Какой первый рок-сингл занял первое место в поп-чарте Billboard?») – но не знаете. Эти-то вопросы и вызывают любопытство. (Для любопытных: ответ – «Rock Around the Clock» Билла Хейли и Комет.)
Маттиас присоединился к моей лаборатории тогда же, когда вышло инновационное фМРТ-исследование Кан Минчжон и коллег из Калтеха[247]. Кан предположила, что человек, оказываясь в тупике из-за вопроса, на который должен знать ответ, испытывает «информационный зазор» – своего рода ошибку предсказания, – который запускает мотивационный контур мозга, чтобы добыть энергию для поиска ответа. Исследование показало, что активность в восприимчивой к дофамину области мозга увеличивалась в ответ на вопросы, возбуждавшие у испытуемых любопытство. Более того, участники гораздо лучше запоминали ответы на возбудившие любопытство вопросы. Кан с коллегами предположили, что любопытство может способствовать запоминанию, задействуя контуры вознаграждения.
Маттиас заинтересовался этой идеей и обратился ко мне с предложением разработать ряд экспериментов, чтобы побольше узнать о связи любопытства с памятью. Вначале тема показалась мне несерьезной, но Маттиас был настойчив, и в конце концов я отбросил скепсис и призвал его следовать собственному любопытству.
Раз уж дофамин побуждает искать награды, мы задались вопросом: что, если он также побуждает искать информацию? И если дофамин мотивирует учиться, то, возможно, заряд, который мы получаем от любопытства, исходит не от ответа на интересующий нас вопрос, а от самого вопроса. Чтобы это проверить, Маттиас придумал хитроумный эксперимент[248]. Собрав большую выборку вопросов с викторин, он предварительно просмотрел их вместе с участниками и выяснил, какие ответы им известны. Для незнакомых вопросов он попросил оценить, насколько участникам любопытно узнать ответы. Затем испытуемые запрыгивали в МРТ-сканер, где им показывали незнакомые вопросы, а ответы выдавали только через десять секунд. Пока они лежали, в напряжении ожидая ответа, им показывали фотографии лиц. После сканирования мы тестировали их по всем вопросам и отмечали вопросы, на которые они ответа не знали или ответили неверно.
Никого не удивило, что участники запомнили больше ответов на вопросы, которые вызвали любопытство, чем на те, которые их не интересовали. Более удивительным результатом было то, что они также лучше запомнили лица, которые видели, пока напряженно ожидали ответов на вопросы, вызвавшие любопытство. Лица не имели никакого отношения к вопросам с викторины и были во всех отношениях неинтересными. Тем не менее, когда любопытство испытуемого возбуждалось от вопросов, это состояние помогало запоминать даже ненужные лица.
Объяснить такие результаты позволили фМРТ-данные. Когда люди видели интересующий вопрос, в мозге повышалась активность дофаминовых контуров (включая прилежащее ядро). Повышенная активность от вопроса предвещала больше любопытства в отношении ответа. Левенштейн утверждал, что любопытство связано со стремлением к информации, а дофаминовые контуры, по-видимому, активировались не от ответов, а от самих вопросов, которые вызывали любопытство.
Вторым важнейшим результатом было то, что большинство людей обучались лучше, когда им было любопытно, – но не все. У тех, кому любопытство давало преимущество в обучении, видна была усиленная связь между гиппокампом и дофаминергическими контурами. Наши данные показывают, что, когда вопрос настолько стимулировал любопытство, чтобы в гиппокамп вбрасывался дофамин, люди также могли запоминать информацию, которую не были особенно мотивированы изучать.
Погоня за информацией для удовлетворения любопытства иногда может воздействовать на память сильнее, чем обучение для получения внешнего вознаграждения. За годы, прошедшие с момента публикации нашего первого исследования любопытства, несколько лабораторий провели похожие эксперименты и показали, что любопытство улучшает память как на обыденное, так и на интересное – независимо от того, восемь вам лет или восемьдесят восемь. Напротив, внешние вознаграждения, похоже, улучшают память только на информацию, которая нам не любопытна.
Если объединить все наши данные о влиянии новизны, удивления и любопытства на память, напрашивается главный вывод о том, что схема вознаграждения мозга не связана с наградами как таковыми; речь скорее идет о стимуляции к обучению и поиску всего, что мы считаем ценным. Это может быть еда или вода, но как только эти основные потребности оказываются удовлетворены, за чем мы пускаемся в погоню? За информацией.
Выбирая любопытство
Итак, мы рассмотрели циклическую связь между памятью и исследовательским поведением. Память используется для предсказания. Ошибки предсказания подталкивают нас к поиску новой информации, которая будет иметь приоритет в памяти. Есть только одна проблема: так выходит не всегда. В исследованиях Маттиаса с викторинами мы увидели широкий диапазон вариативности в том, как любопытство способствовало обучению. Одни демонстрировали заметное преимущество в обучении, когда им было любопытно, в то время как другие, казалось, не получали никакого дополнительного стимула. Теперь мы пытаемся выяснить, как и почему у разных людей любопытство влияет на память и обучение по-разному. Часть этой вариативности может быть связана с темпераментом.
По нашим данным, люди, которые показывают наибольшие преимущества в обучении от любопытства, также набирают высокие баллы по шкале открытости к опыту[249]. Это согласуется с результатами другого исследования, где было показано, что открытость к опыту предсказывает успех обучения даже лучше, чем интерес к академическим занятиям. Люди с высоким показателем открытости также чаще оказываются восприимчивыми к необычным идеям, ценят разнообразие верований и культурных практик, готовы исследовать новые места и темы и получают удовольствие от обучения без конкретных достижений и целей. Необходимо больше исследований влияния темперамента на любопытство, но вполне логично предположить, что все вышеперечисленные черты отражают фундаментальное человеческое стремление к поиску информации.
Тем не менее я не считаю, что темперамент сам по себе определяет любопытство. Нечто неожиданное может мотивировать нас к исследованию. Если эта неопределенность заставляет беспокоиться о том, что происходит, незнакомое может и напугать. В детстве путешествия давались мне непросто. Находиться в отелях, останавливаться в домах родственников или даже ночевать у друзей было тревожно. Я не боялся ничего конкретного. Я боялся неизвестности – засыпать в новой кровати, просыпаться в незнакомом доме.
Повзрослев, я научился наслаждаться бодрящей энергией путешествий. Несмотря на неспособность спать во время трансатлантических перелетов и мучительные попытки обсуждать сложнейшие вопросы с научными светилами в моей области при джетлаге, я жажду стимуляции, которая возникает от новых мест, новых вещей, новых людей. Это похоже на дополненную версию ориентировочного рефлекса: у меня расширяются зрачки, учащается сердцебиение, взгляд бегает, вбирая незнакомые виды. Но при неудачном стечении обстоятельств волнение все еще легко может перерасти в тревогу. Мне все еще трудно спать в гостиничных кроватях – отчасти из-за лихорадочного подъема, который я всякий раз ощущаю на новом месте.
Подозреваю, в какой-то мере у всех нас непростые отношения с тем, чего мы не знаем или не понимаем. Согласно одному опросу, каждый шестой американец никогда не покидал пределов родного штата[250]. На незнакомой территории нас выбивает из зоны комфорта. Некоторых беспокоит любое отклонение от заведенного порядка, тревожит присутствие посторонних. Это говорит о фундаментальном выборе, который мы осознанно или неосознанно совершаем, – реагировать на неизвестное с любопытством или тревогой.
Тревога и любопытство кажутся противоположными чувствами, но гиппокамп, по-видимому, задействуется в обоих[251]. Большинство данных о вкладе гиппокампа в тревожность получены в рамках исследований крыс с повреждением передней части гиппокампа, которая расположена сразу за миндалевидным телом. Как ни странно, эти животные ведут себя гораздо менее пугливо, чем здоровые крысы: они гораздо бесстрашнее пробуют новую пищу, общаются с незнакомцами и исследуют новые места. Отсутствие работающего гиппокампа, по-видимому, делает животных более склонными доверяться неизвестному.
Как же так получается, что повреждение гиппокампа – области мозга, которая, кажется, необходима для ориентировочных рефлексов, побуждающих нас исследовать и учиться, – делает животное более склонным к исследованию и обучению? Ключ к разгадке в том, что гиппокамп позволяет нам вырабатывать ожидания на основе прошлого опыта. Когда мы оказываемся в новом месте, встречаем нового человека или сталкиваемся с чем-то неожиданным, возникает конфликт между тем, что, по нашим представлениям, должно произойти, и тем, с чем мы сталкиваемся в действительности. Подобно «паучьему чутью» Питера Паркера, чувства ошибки в прогнозе достаточно для того, чтобы предупредить нас о том, что что-то не так, но недостаточно, чтобы сообщить нам, что именно происходит или что нам с этим делать. Может быть, именно этот информационный зазор активирует в префронтальной коре контуры, которые позволяют нам применить свои знания и планы, чтобы определить, что делать дальше. Как говорит Пол Сильвия, психолог из Университета Северной Каролины в Гринсборо, информационные зазоры могут вызывать любопытство и запускать исследовательское поведение, если человек чувствует, что способен этот зазор устранить[252]. Иначе зазор может больше напоминать пропасть: мы просто не знаем, как его осилить. Или он может быть пугающим – указывать на неопределенную и потенциально угрожающую ситуацию.
Это возвращает нас к одной из сквозных тем в изучении памяти: сложные механизмы человеческого мозга, которые развивались на протяжении тысячелетий, могут быть полезны или вредны в зависимости от того, как мы их применяем. Память помогает нам замечать нарушения в знакомых схемах: например, испуг от громкого звука, когда мы идем по незнакомому району, переживания школьника, пытающегося решить сложную математическую задачу, или неотступное ощущение, что близкий человек ведет себя странно и, возможно, что-то скрывает. В такие моменты у нас есть выбор. Мы можем активировать защитные механизмы и отстраниться, мы можем избежать ситуации, сказав себе, что все в порядке, или можем позволить нашим мотивационным контурам зарядить нас на исследование и броситься вперед с любопытством: столкнуться лицом к лицу с неизвестным.