Agyunk fogyasztásmérője: a pupilla

Érzelmi behatások vagy izgatottság mind a pupilla méretének növekedését okozzák

A mentális erőfeszítés

A nehéz, összpontosítást igénylő mentális feladatok elvégzésekor gyakran az az érzésünk, hogy erőfeszítést kell kifejtenünk, dolgoztatnunk kell az agyunkat. Erre reflektálva a kognitív pszichológiában a mentális erőfeszítés fogalmának segítségével fejezzük ki azt, hogy mennyire kell koncentrálnunk egy adott feladat elvégzésére. Ha egy feladat nagy mentális erőfeszítést igényel, akkor csak arra az egyre tudunk fókuszálni, másra nem. Az emberi agy azonban képes arra, hogy egyszerre több tevékenységet végezzen: ha egyik feladat sem igényel nagy mentális erőfeszítést, párhuzamosan is tudjuk végezni őket. Jó példa erre az autóvezetés: amikor tanulunk vezetni, minden energiánkkal arra kell koncentrálnunk, hogy az autót az úton tartsuk, és nem nagyon tudunk az utastársunkkal való beszélgetésre figyelni. Rutinos sofőrként ez nem okoz gondot: ilyenkor a vezetés már készséggé vált, automatizálódott, ezért a figyelmünket már nem köti le teljes mértékben az autó irányítása. Persze ilyenkor is előfordulhat, hogy elveszítjük a beszélgetés fonalát: amennyiben váratlan vagy veszélyes forgalmi szituáció alakul ki, a figyelmi rendszer a helyzetre való gyors reagálásra fogja „igénybe venni” a figyelmi erőforrásokat, így nem tudunk a beszélgetésre összpontosítani. Tehát a figyelemnek van egy véges, korlátos kapacitása – ha pedig az elvégzendő feladatok által követelt mentális erőfeszítés mértéke meghaladja ezt a kapacitást, a teljesítmény valamelyik feladatban romlani fog.

Hirdetés

Gyakorlati alkalmazás

A vezetéssel kapcsolatos példából is látható, hogy a mentális erőfeszítés fogalmának és különböző szituációkban történő felmérésének igen fontos gyakorlati alkalmazásai lehetnek, például bizonyos oktatási módszerek hatékonyságának felmérésében, honlapok, internetes felületek kialakításakor, vagy olyan munkakörök munkafolyamatainak szervezésekor, ahol a figyelem elkalandozásának, a koncentrációs hibáknak súlyos következményei lehetnek (pl. hivatásos sofőrök, pilóták, légiforgalmi irányítók esetében). Ezekben az alkalmazásokban fontos lehet objektíven felmérni, hogy egy adott gondolkodási folyamat mennyire nehéz, mennyi mentális erőfeszítést igényel. A mérés kapcsán azonban felmerül egy fontos elméleti probléma: a mentális terhelés fogalmát az előbbiekben pont a feladat nehézsége alapján definiáltuk – eszerint, ha egy feladat nagymértékű összpontosítást igényel, akkor nagy mentális erőfeszítésre van szükség. Ám a gyakorlati alkalmazások esetében pont arra lenne szükség, hogy egy adott feladatról megállapítsuk, nagy mentális erőfeszítést igényel-e – anélkül, hogy magáról a feladatról tudnánk, könnyű-e vagy nehéz.

Objektív mutató – a pupilla méretváltozása

Fenti problémára az jelenthet megoldást, ha a mentális erőfeszítés mérésére a feladattól független, objektíven mérhető mutatókat találunk. Az elmúlt évtizedek kutatásai alapján az egyik ilyen mutató lehet a pupilla méretének változása.

A pupilla mérete legnagyobb mértékben a fényviszonyokkal függ össze: ha sötétebb lesz körülöttünk, a pupillánk kitágul, míg növekvő fényerősségre összeszűkül. A pupilla méretének változásait azonban nemcsak a fényviszonyok válthatják ki, hanem pszichológiai tényezők is: hirtelen, váratlan inger feltűnése, érzelmi behatások vagy izgatottság mind a pupilla méretének növekedését okozzák. Jelen téma szempontjából a legfontosabb az a megfigyelés, hogy a pupilla kismértékben akkor is kitágul, ha az agyunk valamilyen információt dolgoz fel.

Az egyik első, ezzel kapcsolatos kísérletet Daniel Kahneman és munkatársai végezték a múlt század hatvanas éveiben. A kísérleti személyeknek különböző hosszúságú számsorokat kellett fejben tartani pár másodpercen keresztül, miközben a kutatók infravörös kamera segítségével mérték a pupilla méretét. A számok elhangzása után egyből megfigyelhető volt a pupilla méretének kismértékű (0,1-0,2 mm) kitágulása. A kutatók azt is megfigyelték, hogy minél hosszabb volt a megjegyzendő számsorozat, azaz minél nehezebb volt a feladat, annál nagyobb mértékben tágult ki a kísérleti személyek pupillája. A következő évtizedek kutatómunkája során sikerült az információfeldolgozás számos területén kimutatni ezt az összefüggést: minél nehezebb egy feladat, minél több információt kell feldolgozni, eltárolni, előhívni, annál nagyobb pupillatágulás figyelhető meg. Tehát a pupillatágulás használható a mentális erőfeszítés mérésére. Fontos, hogy a pupilla méretének növekedése átmeneti, az adott mentális tevékenységhez kötött: amint véget ér a pupillatágulást kiváltó gondolkodási folyamat (pl. a számsorozat fejben tartása), a pupilla átmérője visszacsökken a kiindulási méretére.

Az agy fogyasztásmérője

A jelenség azzal magyarázható, hogy a pupilla méretét szabályozó idegek kapcsolatban állnak az agykérgi hálózatok optimális működését szabályozó, ún. LC/NA rendszerrel. Ennek a rendszernek a középpontja az agytörzsben található locus coeruleus (LC) elnevezésű magcsoport, amely összeköttetésben áll az agykéreg különböző területeivel, és a noradrenalin (NA) nevű neurotranszmitter segítségével befolyásolja az információfeldolgozásban részt vevő agykérgi hálózatokat. Ha egy feladat nehéz, összetett, akkor az információfeldolgozásért felelős idegrendszeri hálózatok nagyobb mértékű, összehangolt működésére van szükség – így az LC/NA rendszer is nagyobb aktivitást fog kifejteni, ez pedig a pupilla tágulásához vezet. Tehát bizonyos értelemben a pupilla agyunk fogyasztásmérőjének tekinthető: ahogy egy villanyóra megmutatja, mekkora terhelés éri az elektromos rendszert a különböző fogyasztók által, úgy a pupilla mérete arról informál minket, hogy a különböző információfeldolgozási folyamatok (a „fogyasztók”) mennyire terhelik le az idegrendszert.

Idegrendszerünk aktivitása – az agy arousal-szintje

Az LC/NA rendszer feladata azonban ennél is általánosabb: meghatározza az idegrendszer általános aktivitási szintjét, amit agyi izgalmi szintnek, szakszóval agyi arousal-szintnek neveznek. Amikor alszunk vagy álmosak vagyunk, az agyi arousal szintje alacsony, míg a hétköznapi cselekedeteink során általában közepes arousal jellemző. Amikor heves érzelmeket élünk át, vagy egy bizonytalan, potenciálisan veszélyes helyzetben találjuk magunkat, az agyi arousal szintje magas: ezek általában olyan szituációk, amelyek során evolúciósan adaptívnak bizonyult az agyi arousal magasan tartása, hiszen így tudunk a legjobban reagálni az érzelmet kiváltó helyzet kezelésére, vagy bizonytalan helyzetben a szituáció felmérésére és a bizonytalanság csökkentésére. Ezt elősegítendő ilyenkor a figyelmünk nyitottá, könnyen terelhetővé válik (erről bővebben lásd a Mit mutat a pupilla? Avagy hogyan segíthet megérteni az emberi döntéshozatal sajátosságait? című korábbi cikket a Mindennapi Pszichológia 2019. 5. számában). Ebből következően a mentális teljesítmény az agyi arousal közepes szintjénél tekinthető optimálisnak: alacsony izgalmi szintnél figyelmetlenek, fáradtak vagyunk, míg túl magas arousal esetén a figyelmünk túl könnyen elterelhetővé válik, így nem tudunk az adott feladatra fókuszálni.

Az LC/NA rendszer és a pupilla idegrendszeri szabályozása közti átfedés révén a pupilla mérete az agyi arousal szintjével kapcsolatban is informatív. Amikor álmosak, fáradtak, dekoncentráltak vagyunk, pupillánk kisebb, amikor pedig izgatottak vagyunk vagy erős érzelmi behatás alatt állunk, a pupilla mérete megnő. Fentiekből következően a legjobb teljesítmény akkor várható, amikor az agyi arousal, és így a pupilla mérete közepes. Ezt igazolják azok a kutatások, melyek azt találták, hogy a folyamatosan fenntartott figyelmet igénylő, hosszú és monoton mentális feladatok végzése során akkor a legvalószínűbb a dekoncentráltság és a figyelem elkalandozása, ha a kísérleti személy pupillája nagyon eltér a saját átlagától – vagy nagyon kicsi, vagy nagyon nagy.

Az éberségi állapot tükre

Összegezve tehát elmondható: a pupilla mérete információt szolgáltathat azzal kapcsolatban, hogy valaki éppen milyen éberségi állapotban van (fáradt, dekoncentrált, avagy éber, fókuszált). Továbbá az egyes feladatok által kiváltott hirtelen, rövid ideig tartó átmeneti pupillatágulás segítségével meghatározható, mennyire nehéz, mennyi mentális erőfeszítést igényel egy feladat. Ezen összefüggések miatt a pupilla méretének vizsgálata, a pupillometria alkalmas lehet a gondolkodási és agyi folyamatok közti kapcsolatok vizsgálatára is.

Erre példa annak a felmérése, hogy milyen egyéni eltérések határozzák meg a komplex problémák gyors és hatékony megoldását, a gondolkodás rugalmasságát – amit az általános intelligencia egyik fontos faktorának tekinthetünk. Egy nemrég publikált kísérletben a kérdést vizsgáló kutatók azt találták, hogy az intelligensebb, gyorsabban gondolkodó személyek bonyolult analógiás feladatok megoldása során nagyobb pupillatágulást mutattak – ez arra utal, hogy nekik nagyobb figyelmi kapacitás áll a rendelkezésükre. Egy másik vizsgálatban pedig azt mutatták ki, hogy a komplex információk fenntartására és manipulálásra hatékonyan képes embereknél a pupillaméret kevésbé változékony: ők hosszú ideig fenn tudják tartani az optimális közepes arousal-szintet – kevésbé fáradnak el (ami az alacsony arousal-szintre jellemző) és nem kalandozik el a figyelmük (mint magas arousal-szintnél).

Ezen friss eredmények még megerősítésre várnak, hisz a területen jelenleg is zajlanak a kutatások – de az mindenképpen kijelenthető, hogy gondolkodásunk minőségét nagymértékben meghatározza, hogy véges figyelmi rendszerünket, kapacitásunkat mennyire hatékonyan tudjuk a mindennapi életünk során szükséges mentális folyamatok szolgálatába állítani. Ez függ az utóbbit meghatározó idegrendszeri hálózatok működésétől, tehát részben genetikailag meghatározott, azonban gyakorlás és tanulás segítségével mindenki könnyebbé és gyorsabbá teheti gondolkodási folyamatait. Az ezt elősegítő tanulási formák és módszerek hatékonyságának felmérésében pedig mindenképpen hasznos módszer lehet a mentális erőfeszítés által kiváltott pupillatágulás vizsgálata.

Pajkossy Péter – a TTK Kognitív Idegtudományi és Pszichológiai Intézet Tanulás és Emlékezeti Zavarok Kutatócsoportjának tudományos munkatársa, a BME TTK Kognitív Tudományi Tanszék adjunktusa

A cikk a Mindennapi Pszichológia 2020. 4. számában jelent meg