Почему мозг иногда не замечает объекты, находящиеся на виду

Нейробиологи пришли к выводу, что волны электрической активности, распространяющиеся по мозгу, выполняют работу зрения. Эти распространяющиеся мозговые волны, утверждают авторы, формируют картину мира, которую видит человек. Результаты исследования опубликованы в журнале Neuron.

Это придает давно игнорируемому сигналу центральную роль в восприятии. Это также помогает объяснить, почему объект может находиться на виду и оставаться незамеченным, в зависимости от того, где именно находится волна.

На протяжении десятилетий эти волны казались причудой мозга, находящегося под наркозом. Исследователи в основном предполагали, что они исчезают, как только животное приходит в себя.

Это предположение рухнуло в 2020 году. Тогда Джон Рейнольдс из Института биологических исследований Салка, возглавил группу, которая его опровергла. Его группа зафиксировала волны, проходящие по зрительной коре головного мозга у бодрствующих и работающих животных. Это слой ткани в задней части мозга, отвечающий за зрение.

Это были мартышки, маленькие обезьянки, обученные замечать слабые цели на экране. Волны возникали сами по себе, без каких-либо объектов на экране, которые могли бы их вызвать. Они распространялись со скоростью 0,6 метра в секунду, со скоростью сигнала, передаваемого по голому нервному волокну.

Положение волны в момент появления цели предсказывало, сообщит ли животное о том, что оно её увидело. Это исследование превратило волны из случайной особенности записи в нечто, оказывающее реальное влияние на поведение.

Рейнольдс сказал: «Когда бегущая волна приводит участок зрительной коры в более возбудимое состояние, нейроны в этом участке сильнее реагируют на слабый визуальный объект, и этот объект с гораздо большей вероятностью будет замечен».

Оставался более сложный вопрос. Никто не мог сказать, зачем вообще мозгу создавать эти волны.

Ответ начинается с анатомии. Только около 5% связей, питающих нейрон в зрительной коре, передают сигналы от глаз. Примерно 80% связей образуются посредством горизонтальных соединений. Эти волокна проходят вбок, соединяя нейрон с другими нейронами в том же слое ткани. Большинство из них исходят от клеток, расположенных в небольшом участке поблизости

Практический аспект проявляется во всем, что происходит быстро. Подача в высшей лиге преодолевает 18,3 метра примерно за 400 миллисекунд. Предположим, мозгу требуется 150 миллисекунд, чтобы увидеть мяч и определить, куда он направляется. За это время мяч уже пролетел более 6,7 метров.

Бэттер, бьющий по мячу в том месте, где он находится, каждый раз промахнется. Волны, распространяющиеся впереди входящего сигнала, предлагают один из возможных способов сократить этот разрыв. Ученые описывали эти волны на протяжении десятилетий. Однако их функция оставалась предметом споров большую часть этого времени. В этом обзоре представлено подробное описание того, что они вычисляют и как это делает соответствующая схема.

Это дает разработчикам моделей что-то конкретное для проверки. В моделях зрения долгое время клетки мозга рассматривались как фиксированные детекторы, каждый из которых ожидает появления своей собственной особенности. В волновой динамике же боковые связи находятся в центре. Кроме того, такие модели содержат проверяемые предсказания о скорости волн и их пространственном распространении.

Авторы сосредоточились на зрении, потому что это наиболее изученное чувство. Аналогичные нейронные связи проходят и по остальной внешней оболочке мозга.