(PhysOrg.com) – Новое исследование дает первое доказательство того, что сенсорная перекалибровка ?? автоматическое исправление мозгом ошибок в наших сенсорных или перцептивных системах ?? может произойти мгновенно.
"До недавнего времени нейробиологи рассматривали сенсорную перекалибровку как механизм, который в основном используется для преодоления долгосрочных изменений, таких как рост во время развития, травма головного мозга или инсульт," сказал Ладан Шамс, доцент кафедры психологии Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и эксперт по восприятию и когнитивной нейробиологии. "Оказалось, что для того, чтобы сработали механизмы перекалибровки, требовалось много времени и, следовательно, много повторений ошибок. Однако наши выводы показывают, что нам не нужны недели, дни или даже минуты или секунды, чтобы адаптироваться. В какой-то степени адаптируемся мгновенно.
"Если повторная калибровка может происходить за миллисекунды, как мы сейчас думаем, то мы можем адаптироваться даже к временным изменениям в окружающей среде и в наших телах."
В исследовании Шамса, опубликованном в завтрашнем (23 марта) выпуске Journal of Neuroscience, 146 человек, в основном студенты UCLA, выполнили так называемую фундаментальную задачу восприятия. Они посмотрели в центр большого экрана, за которым было спрятано восемь динамиков. Иногда они слышали только короткие звуки, похожие на радиоволны; иногда они видели только быструю вспышку света; а иногда они оба слышали звук и видели свет. Их попросили определить, где был звук, а где свет.
Исследователи обнаружили, что участники гораздо точнее определяли, где находится свет, чем где звук.
Иллюзия чревовещания
"Воспринимаемое расположение звука смещается в сторону расположения зрительного стимула," Шамс сказал. "Это известно как иллюзия чревовещания.Если я несколько раз, тысячи раз, представлю вспышку света с левой стороны и звук с правой стороны, впоследствии, даже когда звук представлен один, воспринимаемое местоположение звука будет смещено влево, в сторону где была вспышка. Визуальный стимул влияет на восприятие звука не только во время его присутствия, но и как последствие. Это явление было известно, но нейробиологи считали, что для этого требуется большое количество повторных воздействий.
"Мы обнаружили, что этот сдвиг может произойти не после тысяч испытаний, а всего лишь после одного испытания. Небольшой доли секунды достаточно, чтобы вызвать этот сдвиг восприятия. Эти результаты являются первым доказательством того, что сенсорная перекалибровка может происходить быстро, всего за миллисекунды. Это указывает на то, что повторная калибровка слухового пространства не требует накопления существенных доказательств ошибки, чтобы задействовать ее, и вместо этого она работает непрерывно."
В ходе исследования испытуемым предлагалось множество различных комбинаций. Например, в одном испытании вспышка могла быть на 10 градусов правее звука; в следующем – на 15 градусов левее звука; тогда может быть звук и нет вспышки; затем мигает и нет звука; тогда звук и вспышка могут быть в одном месте.
"Для каждого испытания, которое содержало только звук (без вспышки), мы изучали, как испытуемые находили звук относительно того, что они испытали в предыдущем испытании, где была вспышка. Мы обнаружили очень сильную корреляцию; если в предыдущем испытании вспышка была справа от звука, то при испытании только со звуком звук воспринимался немного правее; если в предыдущем испытании вспышка находилась слева от звука, то при испытании только со звуком звук воспринимался немного левее. Чем больше расхождение, тем больше сдвиг."
В то время как испытуемые, казалось, совершали ошибки восприятия, а не исправляли их, Шамс подчеркнул, что это была неестественная среда, в которой исследователи искусственно создавали несоответствие между слуховыми и визуальными стимулами, чтобы показать, как быстро может произойти повторная калибровка.
По ее словам, в реальном мире повторная калибровка фактически приведет к уменьшению количества ошибок у человека, испытывающего слухово-зрительное несоответствие из-за недостатка в одном из органов чувств.
Значение для реабилитации, робототехники
Это исследование может иметь значение для реабилитации после травм головного мозга и может помочь в разработке протезов, когда, например, люди получают слуховые аппараты и могут использовать зрение для обучения тому, как локализовать звук. Это также имеет значение для конструкции перекалибровки роботов, которая может быть полезна как для самолетов, так и для роботов.
Наши чувства похожи на органы чувств робота. Марсоходы НАСА, например, собирают образцы поверхности планеты с помощью камер, датчиков, микрофонов и другого оборудования, которое, как и наши органы чувств, может быть повреждено. Если камера смещается по каменистой местности, ее функции ухудшаются.
"Сенсорная перекалибровка – важная функция как для биологических, так и для искусственных систем," Шамс сказал. "Как и в случае с искусственными датчиками, биологические сенсорные системы могут выходить из строя и время от времени требовать исправления."
Такие заболевания, как закупорка слухового прохода или проблемы с нашим обонянием или зрением, могут привести к искаженному восприятию ?? или сдвиги ?? на нашей пространственной карте. Если в нашей слуховой системе есть систематическая ошибка, ее необходимо исправить. Когда биологические сенсорные системы выходят из строя, мозг обычно выполняет коррекцию автоматически.
"К счастью, сенсорные системы человека уже обладают сверхъестественной способностью перекалибровать свои собственные карты локализации посредством взаимодействия между зрительной и слуховой системами," Шамс сказал. "Наши новые результаты показывают, что мультисенсорная перекалибровка непрерывно функционирует после всего лишь миллисекунд сенсорных расхождений, что позволяет быстро адаптироваться к изменениям сенсорных сигналов. Эта быстрая адаптация позволяет не только адаптироваться к долгосрочным изменениям, например, вызванным травмами или болезнями, но и адаптироваться к временным изменениям, таким как изменения эхо-свойств нашего окружающего пространства, когда мы идем из одной комнаты в другую или из комнаты. в помещении или на улице, или когда одно ухо временно заблокировано волосами или головным убором."
Исследование Шамса и Дэвида Возни ?? кто получил докторскую степень.D. из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе в августе в лаборатории Шамса, и в настоящее время является докторантом в Орегонском университете здоровья и науки ?? впервые проливает свет на динамику сенсорной перекалибровки. Они узнали, например, что повторные экспозиции увеличивают сдвиг, который быстро накапливается, прежде чем замедляться.
"Vision учит слух," Шамс сказал. "Если видение однажды говорит мне, что звука нет здесь (указывая на нее слева), а здесь (справа), тогда я немного сдвигаю свою слуховую карту; если это происходит дважды подряд, я еще больше перекладываю. Если это происходит три раза подряд, перекладываю еще больше."
Оптимальная стратегия обучения?
Используя тот же набор данных, Шамс и Возни опубликовали в августе. 5, 2010, выпуск журнала PLoS Computational Biology – вычислительная модель, которая позволяет им анализировать, почему субъекты воспринимают звуки и образы определенным образом и какие вычисления происходят в их мозгу, когда они слышат звуки и видят вспышки. (Ульрик Бейерхольм, бывший аспирант Шамса Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, который в настоящее время является докторантом в отделе вычислительной нейробиологии Гэтсби Университетского колледжа Лондона, был соавтором.)
"По словам Шамса, анализируя данные с использованием трех моделей, мы можем определить, какая модель лучше всего объясняет данные и может охарактеризовать стратегию, которую мозг испытуемых использует для принятия перцептивных решений.
По словам Шамса, определение местоположения изображений и звуков является основной функцией мозга, и ученые предполагают, что такие функции выполняются оптимально, поскольку они совершенствовались за миллионы лет эволюции. Поскольку это основная задача, нейробиологи ожидают, что почти весь мозг будет выполнять ее одинаково.
"Удивительно, но мы обнаружили, что задача восприятия не выполняется одинаково для разных субъектов. Разные люди используют разные стратегии для выполнения этой задачи," Шамс сказал. "Во-вторых, подавляющее большинство людей, по крайней мере 75 процентов, используют стратегию, которая считается неоптимальной."
Что это за неоптимальная стратегия? По аналогии, говорит Шамс, если вероятность дождя составляет 70 процентов, было бы разумно взять с собой зонтик.
"Мы обнаружили, что вместо того, чтобы люди берут зонт каждый раз, когда, скажем, с 70-процентной вероятностью дождя, так сказать, они совпадают с вероятностью: они берут зонтик только 70 процентов времени," она сказала.
Когда испытуемым представили шум и вспышку и спросили, откуда, по их мнению, исходят шум и вспышка, их мозг должен был выяснить, исходят ли звук и вспышка из одного и того же места или из разных мест.
"Если они сделают вывод, что существует 70-процентная вероятность того, что звук и вспышка исходят от одного и того же объекта, для большинства наблюдателей 70 процентов времени они придерживаются этой оценки и 30 процентов времени они используют маловероятную оценку," Шамс сказал. "При обычных мерах оптимальности, которые неявно предполагают наличие статической среды, эта стратегия крайне неоптимальна.
"Однако общепринятое представление об этих проблемах может оказаться неверным. В динамичном мире все может постоянно меняться. Оптимальная стратегия – учиться, а чтобы учиться, вам нужно пойти на некоторый риск. Даже если на тот момент это не лучший выбор, в долгосрочной перспективе он вполне может быть лучшим выбором, потому что, исследуя различные возможности, вы можете узнать больше. Как это ни парадоксально, стратегия, которая кажется неоптимальной, на самом деле может быть почти оптимальной. Возможно, стоит пересмотреть то, как мы думаем о функциях мозга."