Люди обычно обращают внимание на несколько важных объектов в визуальной сцене, даже делая движения глаз, чтобы наблюдать за окружающей обстановкой. Подобно тому, как перемещение камеры перемещает местоположение объектов на дисплее камеры, каждое движение глаза перемещает представление визуальной сцены на сетчатке (рецепторной поверхности глаза). Нейробиологи Тао Яо, Стефан Треу и Б. Суреш Кришна из Немецкого центра приматов (DPZ) в Геттингене, Германия, хотел понять нейронные механизмы, которые позволяют людям удерживать внимание на важных объектах, даже когда визуальное представление перемещается по сетчатке при каждом движении глаза. Их исследование показывает, что мозг макаки-резуса быстро и эффективно переключает внимание с каждым движением глаз хорошо синхронизированным образом. Поскольку люди и обезьяны демонстрируют очень похожие движения глаз и зрительную функцию, эти результаты, вероятно, будут распространены на человеческий мозг. Эти результаты могут помочь понять такие расстройства, как шизофрения, игнорирование зрения и другие расстройства дефицита внимания (Nature Communications).
Глаз можно представить как действующий как фотоаппарат: свет попадает в глаз и падает на сетчатку, где преобразуется в нейронную активность, которая интерпретируется мозгом, чтобы обеспечить ощущение зрения. Центральная часть сетчатки специализируется на более чувствительном и четком зрении, чем приграничные области. Поэтому при естественном зрении люди просматривают сцену, двигая глазами два-три раза в секунду, чтобы ее центр приходился на разные части сцены.
В то же время они также уделяют внимание важным частям сцены. Например, мать может изучать свое окружение, даже если она продолжает обращать внимание на своего ребенка. Чтобы уделять внимание ребенку, необходимо, чтобы мозг усилил обработку нейронов, которые реагируют на ребенка. Однако это создает серьезную проблему для мозга, когда сопровождается движениями глаз, потому что изображение ребенка попадает в другое место на сетчатке.
Поскольку разные участки сетчатки стимулируют разные зрительные нейроны в головном мозге, это означает, что один набор зрительных нейронов реагирует на ребенка до движения глаз, в то время как другой второй набор нейронов отвечает на ребенка после движения глаз. Таким образом, чтобы оптимально поддерживать внимание к ребенку, мозг должен усиливать ответы первого набора нейронов прямо до начала движения глаз, а затем переключаться для усиления ответов второго набора нейронов сразу после завершения движения глаз. Однако неизвестно, являются ли переключатели внимания быстрыми и хорошо синхронизированными с движениями глаз, поскольку до сих пор не измерялось время переключения усиления внимания.
Чтобы решить эту проблему, нейробиологи Тао Яо, Стефан Треу и Суреш Кришна из Немецкого центра приматов (DPZ) изучили реакции множества отдельных нейронов в мозгу двух макак-резусов, когда они обращались к стимулу, не глядя на него напрямую, и движение глаз с одновременным удержанием внимания на этом стимуле. Чтобы измерить активность отдельных нейронов, ученые вставили электроды тоньше человеческого волоса в мозг обезьян и записали электрическую активность нейронов. Установка электродов безболезненна для животного. Записывая отдельные нейроны в области мозга обезьяны, известной как МТ, ученые смогли показать, что усиление внимания действительно переключается с первого набора нейронов на второй набор нейронов быстрым и синхронизированным с саккадами образом. Таким образом, усиление внимания в мозгу своевременно для поддержания пространственного внимания на соответствующих стимулах, чтобы их можно было оптимально отслеживать и обрабатывать через саккады.
"Наше исследование показывает, как мозг приматов может в идеале продолжать обращать внимание на соответствующие объекты даже при частых движениях глаз," говорит Тао Яо, первый автор публикации. Он поддерживает идею о том, что система зрительного внимания и система движений глаз работают синхронно и скоординированно.
"Наши результаты отвечают на несколько важных вопросов о том, как сенсорные и моторные части мозга взаимодействуют и координируют друг друга. Кроме того, поскольку известно, что скоординированная сенсомоторная функция нарушается при шизофрении, игнорировании зрения и других нарушениях головного мозга, наши результаты могут помочь улучшить наше понимание этих заболеваний," Тао Яо говорит.