Раньше единственным способом познать разум человека была интроспекция, или самонаблюдение. Теперь же когнитивная наука освоила новые методы и продвинулась в понимании устройства сознания. В частности, ученым даже удавалось «угадывать» мысли человека по фМРТ (функциональной магнитно-резонансной томографии), правда для этого необходимы образцы состояний мозга. Например, если исследователи зарегистрировали состояние мозга, когда человек думал об определенной сцене фильма, то опознавали эту мысль и в следующий раз.

Однако распознавать спонтанные мысли нейробиологи до сих пор не умеют. Вместо этого они пытаются ответить на вопрос «как» (а не «что») человек думает — например, как происходит переключение между разными когнитивными состояниями или мыслями.

Джордан Поппенк (Jordan Poppenk) и Джули Цэн (Julie Tseng) из Университета Куинс в Кингстоне предложили способ видеть конец одной мысли и начало другой на фМРТ. Нейробиологи собрали записи фМРТ 184 добровольцев: те либо просто отдыхали, либо смотрели фильм. Из каждой записи выделили активность 15 известных сетей мозга и упростили размерность до двумерной. В итоге каждое состояние мозга занимало точку на плоскости, а возникающую кривую авторы связали с развитием мысли человека: если мысли несвязны, на графике будут отдельные точки, а если мысль развивается вокруг одной темы, будут появляться «червячки» — цепочки состояний, близких в пространстве.

Чтобы подтвердить релевантность модели, исследователи проследили за изменениями состояний мозга во время просмотра фильма. Для начала построили диаграмму переходов между состояниями (длину шагов — векторов между двумя соседними точками на графике) для записей в состоянии покоя и при просмотре фильмов. Затем сравнили каждый шаг отдельных участников со средним значением по группе.

Оказалось, при просмотре фильма переходы между состояниями разных участников соответствуют друг другу больше, чем в состоянии покоя. Это значит, что просмотр фильма вызывает сходную активность в мозге разных людей; такую связь наблюдали и в другихисследованиях. Более того, чем больше событий происходило в фильме, тем ближе были графики перехода состояний разных зрителей. А для отдельных участников переходы между состояниями совпадали со сменой сцен в фильме (до 60,8 процента событий в фильме можно было сопоставить соответствующий переход).

Исследователи проанализировали, какие участки мозга активировались в момент перехода между состояниями и выяснили, что как в состоянии покоя, так и при просмотре фильма при смене «мыслей» на фМРТ активны одни и те же области: передняя и задняя поясная кора, предклинье и островковая доля.

Наконец, ученые сравнили количество переходов между состояниями в разные сессии фМРТ покоя в разное время у одних и тех же добровольцев. Так исследователи проверяли, является ли количество переходов устойчивой характеристикой, присущей человеку. Действительно, параметр оказался устойчивым между разными попытками и днями (p <0,001), а значит, может рассматриваться как характерный признак, который сохраняется независимо от колебаний настроения, усталости и других факторов.

Поскольку из результатов следовало, что большое число переходов связано с большим числом сменяющих друг друга мыслей, ученые предположили, что большая частота переходов будет свойственна невротичным людям. И правда, психологическая и физиологическая характеристики коррелировали (p = 0,027), а переходы невротичных добровольцев при просмотре фильма были менее схожи с другими участниками. Последнее можно объяснить тем, что люди с невротизмом склонны отвлекаться, а их мысли быстрее перескакивают, например, с одной сцены фильма на другую.

В заключение авторы работы посчитали, сколько переходов — то есть новых мыслей — возникает в день. В среднем в состоянии покоя у участников происходило около 6,5 перехода минуту, а значит за день в голове проносится более шести тысяч мыслей. Ученые отмечают, что созданный подход открывает широкие перспективы в изучении мышления, хотя чтобы уверенно говорить о тождестве переходов состояний мозга и новых мыслей, необходимо провести дополнительные исследования.

В прошлом году российские исследователи выпустили статью, в которой утверждали, что по ЭЭГ могут восстановить видео, которое смотрит человек. При ближайшем рассмотрении оказалось, что до «чтения мыслей» разработке далеко — ученые смогли лишь угадать тип изображения, которое видел человек. Типов было всего пять, и исследователям нужно было сначала получить образец активности мозга в ответ на каждый из них. Об эксперименте и перспективе чтения мыслей мы рассказывали в блоге «Нейросети научились читать мысли в режиме реального времени. Что? Нет!».

Фото: Julie Tseng & Jordan Poppenk / Nature Communications, 2020