Современный человеческий мозг. Источник изображения: Univ. из коллекции мозга Висконсин-Мэдисон.
Достаточно нескольких проблесков, чтобы увидеть цельный и богато детализированный визуальный мир. Но вместо "фотографические снимки », информация о цвете, форме и движении объекта разделяется и отправляется через отдельные нервные клетки или нейроны в зрительный центр в головном мозге. Как мозг воссоздает сцену, горячо обсуждается с тех пор, как более века назад были обнаружены нейроны.
Новый экспериментальный план позволил исследователям из Института биологических исследований Солка тщательно изучить этот процесс, называемый конъюнкцией, с секундомером в руке. Они обнаружили, что отдельные характеристики объекта постоянно объединяются вычислительным процессом, который требует времени, а точнее 1/100 секунды. Их выводы опубликованы в январе. 24 выпуск журнала Neuroscience.
"Вопрос о том, как мозг объединяет различные сигналы, является фундаментальным для нашего понимания сенсорной обработки, и был выдвинут ряд различных теорий », – говорит Джон Рейнольдс, доктор философии.D., доцент Лаборатории системной нейробиологии, который руководил исследованием. "Наш вывод о том, что для вычисления очень простой конъюнкции требуется очень небольшое, но последовательное количество времени, важно, потому что оно накладывает очень жесткие ограничения на количество времени, доступное для механизмов, которые обеспечивают работу этого вычисления.”
Чтобы измерить время, необходимое для интеграции, Клара Боделон, доктор философии.D., математик в лаборатории Рейнольдса, кропотливо разработал пары простых изображений – например, узор из красных вертикальных полос или узор из зеленых горизонтальных полос, – которые при достаточно быстром представлении взаимно нейтрализуют друг друга и становятся невидимыми. (См. [Рисунок]).
После защиты последних восьми компьютерных мониторов в мире, которые действительно могли бы предъявлять стимулы достаточно быстро, чтобы выйти за пределы восприятия (новые ЖК-мониторы не обновляют экран достаточно быстро) и кропотливой калибровки мониторов для точного контроля активности отдельных фоторецепторов в глазах исследователи Солка были готовы подойти ближе к ответу на извечный и широко обсуждаемый вопрос: как нейроны взаимодействуют, чтобы дать начало нашему согласованному восприятию мира??
При очень высокой частоте предъявления стимулы были буквально невидимы. Но когда Боделон замедлил скорость представления, наблюдатели могли определить ориентацию изображения. Интересно, что при еще большем снижении скорости представления испытуемые могли различать цвет и ориентацию, но не могли сказать, какое изображение – вертикальное или горизонтальное – было красным или зеленым. Другими словами, мозг мог "видеть “форму и цвет, но не мог видеть, как они сочетаются.
Только после дальнейшего замедления предъявления стимулов наблюдатели могли точно сообщать о цвете и ориентации отдельных объектов, указывая на то, что вычисление общего значения всего этого визуального ввода является трудоемким процессом. Таким образом, особенности стимула были доступны восприятию еще до того, как они стали доступными для восприятия "связаны вместе. Однако привязка функций потребовала больше времени.
"Никто не знал, нужен ли отдельный этап вычислений для интеграции отдельных атрибутов объектов и, если да, то сколько времени это займет », – объясняет Боделон. "Тот факт, что для достоверного восприятия сочетания цвета и ориентации требуется время, указывает на существование четкого механизма интеграции. Теперь мы можем приступить к проверке различных гипотез о природе этого механизма », – добавляет она.
"Вопрос о том, как мозг синтезирует визуальную информацию, имеет огромное значение с точки зрения фундаментальной науки », – объясняет Рейнольдс и добавляет, что "он также имеет важное практическое значение для понимания и, в конечном итоге, лечения расстройств восприятия, таких как зрительная агнозия, изнурительное состояние, при котором пациент не может «видеть» сложные зрительные стимулы.”
Точно измерив эти мимолетные визуальные вычисления, Боделон и ее коллеги сделали важный первый шаг в понимании механизмов, которые не работают у пациентов, страдающих этим расстройством.
Источник: Институт Солка