Мы классифицируем практически все, что видим, и, что примечательно, часто достигаем этого подвига, независимо от того, выглядят ли предметы явно одинаково – как яблоки Фудзи и Макинтоша – или имеют более абстрактное сходство – как отвертка и дрель. Новое исследование Института обучения и памяти Пикауэра Массачусетского технологического института объясняет, как.
"Категоризация – фундаментальный когнитивный механизм," – говорит Эрл Миллер, профессор Пикауэра в Институте обучения и памяти Пикауэра при Массачусетском технологическом институте и кафедры мозга и когнитивных наук. "Так мозг учится обобщать. Если бы у вашего мозга не было этой способности, вы были бы ошеломлены деталями сенсорного мира. Каждый раз, когда вы что-то испытывали, если бы это было при другом освещении или под другим углом, ваш мозг воспринимал бы это как нечто совершенно новое."
В новой статье в Neuron лаборатория Миллера, возглавляемая докторантом Андреасом Вутцем и аспирантом Романом Лунисом, показывает, что способность категоризировать на основе прямого сходства или абстрактного сходства возникает из-за использования мозгом различных ритмов в определенное время и в отдельные части префронтальной коры (ПФК). В частности, когда животным нужно было сопоставить изображения, которые имели близкое сходство, увеличение мощности высокочастотных гамма-ритмов в вентрально-латеральном PFC помогло. Когда им приходилось сопоставлять изображения на основе более абстрактного сходства, это зависело от более позднего всплеска низкочастотных бета-ритмов в дорсально-латеральном PFC.
Миллер говорит, что эти результаты предлагают модель того, как мозг достигает категориальных абстракций. Это показывает, что решение проблемы абстракции – это не просто вопрос мышления одинаково, но и усерднее. Вместо этого другой механизм в другой части мозга вступает во владение, когда простого сенсорного сравнения недостаточно для того, чтобы судить, принадлежат ли две вещи к одной и той же категории.
По словам Миллера, благодаря точному описанию частот, местоположения и времени ритмов, которые управляют категоризацией, результаты, если они будут воспроизведены на людях, могут оказаться полезными в исследованиях для понимания аспекта некоторых расстройств аутистического спектра. При РАС категоризация может быть сложной задачей для пациентов, особенно когда предметы или лица кажутся нетипичными. Потенциально клиницисты могли бы измерять ритмы, чтобы определить, используют ли эти механизмы по-разному пациенты, которые не могут распознать абстрактные сходства.
Соединение точек
Для проведения исследования Вутц, Лунис, Миллер и соавторы измерили ритмы мозга в ключевых областях ПФК, связанных с категоризацией, когда животные играли в некоторые экранные игры. В каждом раунде животные видели узор из точек – образец одной из двух разных категорий конфигураций. Затем образец исчезнет, и после некоторой задержки появятся два варианта точечных рисунков. Задача испытуемого заключалась в том, чтобы зафиксировать взгляд на том, кто принадлежит к той же категории, что и образец. Иногда правильный ответ был очевиден по явному визуальному сходству, но иногда сходство основывалось на более абстрактном критерии, который животное могло вывести в ходе последовательных испытаний. Экспериментаторы точно количественно оценили степень абстракции на основе геометрических расчетов искажения точечного рисунка по сравнению с архетипом категории.
"Это исследование было очень хорошо определено" Wutz говорит. "Он предоставил математически верный способ различить нечто столь расплывчатое, как абстракция. Очень часто это суждение, но не с той парадигмой, которую мы использовали."
Гамма в вентральной PFC всегда достигает пика мощности, когда появляется образец, как если бы животные производили "похож этот образец на категорию А или нет?" оценка, как только им ее показали. Бета-мощность в спинном PFC достигла пика во время последующего периода задержки, когда требовалось абстрагирование, как если бы животные осознали, что визуального сходства недостаточно, и для того, чтобы сделать предстоящий выбор, потребуется более глубокое мышление.
Примечательно, что данных было достаточно, чтобы раскрыть несколько нюансов происходящего. Информация о категории и мощность ритма были настолько тесно связаны, например, что исследователи измерили большую мощность ритма до правильных суждений о категориях, чем до неправильных. Они также обнаружили, что роль бета-мощности не была основана на сложности выбора категории (i.е. насколько похожи были выборы), но конкретно от того, имел ли правильный ответ более абстрактное или буквальное сходство с образцом.
Анализируя измерения ритма, исследователи могли даже определить, как животные подходили к задаче категоризации. По словам Вутца, они не судили, принадлежит ли образец к той или иной категории. Вместо этого они судили, принадлежат ли они к предпочтительной категории или нет.
"Это предпочтение отразилось на ритмах мозга," Wutz говорит. "Мы увидели самые сильные эффекты для предпочтительной категории каждого животного."