«Эврика!»: как человеческий мозг генерирует моменты озарения?

Моменты, когда на ум внезапно приходит решение головоломки, которая не давалась часами, наверняка бывали у каждого. Они происходят внезапно и очень быстро — и именно поэтому ими интересуются ученые. Журнал Smithsonian рассказал, как наш мозг находит решения.

История знает немало моментов озарения. По словам римского архитектора и инженера Витрувия, в III веке до н.э. греческий математик Архимед внезапно воскликнул «Эврика!», сев в ванную и заметив, что уровень воды поднялся согласно объему его погруженного туловища. В XVII веке, как гласит фольклор, сэр Исаак Ньютон совершил прорыв в понимании гравитации после того, как ему на голову упало яблоко. А в начале 1900-х Альберт Эйнштейн внезапно понял, что человек в свободном падении не чувствует своего веса, что натолкнуло его на теорию относительности.

Озарение, конечно, доступно не только гениям. У каждого человека был похожий опыт при решении головоломок и каких-либо социальных или интеллектуальных проблем. Подобные моменты отличаются от аналитического решения проблем: к примеру, при расчете алгебраической формулы человек приходит к решению медленно и постепенно. Озарение же часто наступает после периодов озадаченности. Нет ощущения, что решение кроется совсем рядом; из «холодного» мозг одним прыжком попадает в «горячее».

Резкий когнитивный сдвиг в том, как разум понимает ту или иную информацию, на научном языке называют репрезентативным изменением. Хотя исследователи давно подозревали об их существовании, никто не мог сказать, как именно мозг поддерживает этот механизм.

Сотрудники Берлинского университета имени Гумбольдта решили найти ответы. Так как момент озарения практически невозможно симулировать в лаборатории, ученые сначала отправились на поиски простой задачи, которая могла бы создать ощущение внезапного понимания, а не медленного решения проблемы.

Их выбор пал на т.н. тест Муни: черно-белые фотографии, контраст на которых выставлен так высоко, что понять, кто запечатлен на снимке, сразу невозможно. Изображения бросают вызов человеческому мозгу, поскольку обычно он идентифицирует объекты, соединяя их части. Но если посмотреть на фото хотя бы пару секунд, мозг переставит местами контуры и рано или поздно распознает объект — и человек ощутит репрезентативное изменение.

На протяжении двух дней участники эксперимента лежали в машине фМРТ, которая фиксировала кровоток в мозге как признак нейронной активности, и смотрели на 120 картинок Муни. Через 10 секунд после первой фотографии испытуемые говорили, узнают они объект или нет. Если да, то затем их спрашивали о внезапности озарения, позитивных эмоциях или чувстве определенности, связанном с опытом.

После этого ученые проанализировали полученные данные с помощью нейросетей — они искали стабильные, повторяющиеся изменения в мозговой активности, связанные с правильно идентифицированными картинками. В результате исследователи заметили, что при замечании скрытого объекта повышалась активность в регионе мозга, отвечающем за распознавание визуальных паттернов. Кроме того, активность также была в амигдале, обрабатывающей позитивные и негативные эмоции, и в гиппокампе — структуре, отвечающей за память. Причем в случае позитивных эмоций активность была выше.

Гиппокамп иногда называют «детектором несовпадений» мозга, потому что он реагирует, когда входящие данные не совпадают с ожиданиями. В данном случае, благодаря озарению некогда бессмысленное изображение приобретает смысл, что идет против прогнозов мозга. Он и другие регионы мозга составляют гипотетическую карту точек, стоящих за феноменом репрезентативного изменения.

Есть и еще один важный момент: с самого начала исследований в этой сфере (1949) ученые подозревали, что такие моменты могут усиливать память. Данное явление называют «преимуществом памяти», и его зафиксировали во многих типах решения проблем, включая разгадку магических трюков и головоломок. Поэтому через пару дней после первого эксперимента его участникам показали другие картинки Муни, включая уже виденные, и попросили их назвать знакомые. Итог — фото, вызвавшие наибольшую мозговую активность, запоминались лучше.

При этом, хотя озарение действительно формирует более четкие воспоминания об идее, сама идея не всегда оказывается корректной. Предыдущие исследования показали, что, чем быстрее и приятнее решение приходит на ум человеку, тем больше шанс, что оно правильное. Но ложные моменты озарения тоже существуют.