Кодирование ощущений и извлечение памяти координируются с распространяющимися волнами в мозге человека

Почему наши блуждающие мысли могут быть особенностью, а не дефектом

Каждые несколько секунд ваше внимание ускользает: в один момент вы воспринимаете окружающие зрительные и звуковые сигналы, в следующий — воспроизводите воспоминание или планируете завтрашний день. Это исследование показывает, что такие переключения разума — не просто мечтания, а управляются медленными волнообразными паттернами, распространяющимися по мозгу. Эти волны, по-видимому, координируют моменты, когда мы лучше всего усваиваем новую информацию извне, и когда мы лучше извлекаем информацию из памяти.

Медленные приливы в покоящемся мозге

Даже когда мы сидим неподвижно с открытыми глазами, активность мозга плавно поднимается и опускается. Анализируя данные нейровизуализации большого числа людей, исследователи обнаружили, что эти подъёмы и спады — не случайные вспышки. Вместо этого они образуют волны, которые начинаются в областях, отвечающих за осязание, движение и зрение, а затем распространяются в более глубокие, ориентированные внутрь области, известные как сеть пассивного режима («default mode»). Похожие волны регистрировались и на уровне отдельных нейронов у мышей, что указывает на то, что это может быть базовый рабочий ритм млекопитающих.

Связь между мозговыми волнами, бодрствованием и зрачком

Чтобы понять, что могут выполнять эти волны, команда отслеживала крошечные изменения в размере зрачка — удобный индикатор мгновенных изменений арousal (бодрствования). Как у мышей, так и у людей, короткие расширения зрачка совпадали с крупными событиями по всему мозгу. У мышей эти события проявлялись как «каскады спайков», когда большинство регистрируемых нейронов активировалось в волнообразном порядке. У людей они проявлялись как медленные фМРТ-волны, распространяющиеся от сенсомоторных областей к сети пассивного режима и связанным глубоким структурам. Такая синхронность указывает на то, что общая система бодрствования может задавать ритм этим глобальным мозговым колебаниям.

Чтение мыслей по данным сканирования мозга

Далее исследователи спросили, влияют ли эти волны на то, насколько хорошо мозг кодирует увиденное. Они обратились к огромному набору данных, в котором добровольцы просматривали тысячи естественных изображений, лёжа в аппарате МРТ. С помощью современной модели искусственного интеллекта они обучили декодер, который брал реакцию мозга каждого человека на изображение и генерировал текстовую подпись к этому изображению. Когда расшифрованная подпись тесно совпадала с реальной, команда рассматривала этот эксперимент как признак того, что мозг человека точно захватил смысл картинки.

Когда лучше видеть — воспоминания ждут, и наоборот

Поскольку каждое изображение в эксперименте показывали три раза, команда могла измерить и то, насколько хорошо оно было сначала сохранено, и насколько хорошо его позже узнавали. Они обнаружили, что эти способности поднимались и падали в ходе каждой медленной волны. Когда волна была в фазе, в которой внешние сенсомоторные области были наиболее активны, декодер работал лучше всего, и люди с большей вероятностью формировали прочную память о новой картинке. Позже в той же волне, когда сеть пассивного режима и области, связанные с памятью, включая гиппокамп, были наиболее активны, люди лучше узнавали ранее увиденные изображения, тогда как кодирование новых картинок ослабевало. Сопоставимые анализы у мышей показали похожую чередующуюся динамику между мощным сенсорным кодированием и событиями, связанными с воспроизведением памяти.

Общий ритм для восприятия и воспроизведения опыта

Для неспециалиста ключевая мысль в том, что мозг, похоже, работает по медленным внутренним часам, переключаясь каждые несколько секунд между двумя дополняющими режимами: одним, оптимизированным для восприятия внешнего мира, и другим, настроенным на обращение к сохранённым воспоминаниям. Эти переключения распространяются как волны от наружных к внутренним областям мозга и связаны с небольшими колебаниями бодрствования. Вместо того чтобы мешать мышлению, этот инфра-медленный ритм может помогать мозгу балансировать между обучением в настоящем и возвращением к прошлому — балансом, который может формировать повседневное внимание, обучение, сон и даже расстройства памяти.

Цитирование: Yang, Y., Leopold, D.A., Duyn, J.H. et al. Sensory encoding and memory retrieval are coordinated with propagating waves in the human brain. Nat Commun 17, 2343 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-69068-x

Ключевые слова: мозговые волны, память, сенсорная обработка, фМРТ, бодрствование