Представьте, что вы опаздываете на работу и отчаянно ищете ключи от своей машины. Вы обыскали весь дом, но нигде не можете их найти. Внезапно вы осознаете, что все это время ваши ключи лежали прямо перед вами. Почему ты не видел их до сих пор? Теперь команда ученых Института Солка во главе с профессором Джоном Рейнольдсом раскрыла детали нейронных механизмов, лежащих в основе восприятия объектов. Они обнаружили, что паттерны нервных сигналов, называемые бегущими мозговыми волнами, существуют в зрительной системе бодрствующего мозга и организованы так, чтобы мозг мог воспринимать объекты, которые слабы или иным образом трудно увидеть. Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature 7 октября 2020 года.

- Мы обнаружили, что слабые объекты гораздо более вероятно увидеть, если визуализация объекта синхронизирована с бегущими мозговыми волнами. Волны на самом деле облегчают восприятие, поэтому есть моменты во времени, когда вы можете видеть вещи, которые иначе не смогли бы увидеть", - говорит Рейнольдс, старший автор статьи и обладатель кафедры Фионы и Санджая Джа в нейробиологии. -Оказывается, эти бегущие мозговые волны-это процесс сбора информации, ведущий к восприятию объекта."

Ученые изучали бегущие мозговые волны во время анестезии, но отвергли эти волны как артефакт анестезии. Однако команда Рейнольдса задалась вопросом, существуют ли эти волны в зрительной части мозга во время бодрствования и играют ли они определенную роль в восприятии. Они объединили записи в зрительной коре с передовыми вычислительными методами, которые позволили им обнаруживать и отслеживать бегущие мозговые волны.

"Чтобы понять нейронные механизмы восприятия, нам нужно было разработать новые вычислительные методы для отслеживания нейронной активности в зрительной коре момент за моментом",-говорит один из первых авторов Лайл Мюллер, финансируемый BrainsCAN доцент кафедры прикладной математики и Института мозга и разума Западного университета в Онтарио, Канада, а ранее постдокторант лаборатории Сейновского в Солке. "Затем мы использовали эти вычислительные методы, чтобы выяснить, какие изменения происходят в нервной системе, чтобы внезапно позволить распознавать объекты."

Ученые записали активность нейронов из области мозга, которая содержала полную карту визуального мира. Затем они отслеживали траектории бегущих мозговых волн во время выполнения задачи визуального восприятия. Ученые держали экранную цель на пороге видимости, так что наблюдатели могли обнаружить объект только в 50 процентах случаев, и записывали, когда цель была замечена. Поскольку цель не менялась, исследователи рассудили, что способность наблюдателя воспринимать объект только половину времени должна была быть вызвана некоторым изменением нейронных сигналов внутри мозга.

Они обнаружили, что способность мозга распознавать цели напрямую связана с тем, когда и где в зрительной системе возникают бегущие мозговые волны: когда бегущие волны совпадают со стимулом, наблюдателю легче обнаружить цель. Эти бегущие мозговые волны, которые возникали несколько раз в секунду, были похожи на стадион спортивных болельщиков, последовательно встававших и поднимавших руки, затем опускавших их и снова садившихся. Похоже, что зрительная система активно воспринимает внешнюю среду, считают в команде.

"Существует спонтанный уровень активности в мозге, который, по-видимому, регулируется этими бегущими волнами", - говорит профессор Солк Терренс Сейновски, автор статьи и держатель кафедры Фрэнсиса Крика. - Мы думаем, что волны являются продуктом активности, распространяющейся по всему мозгу, вызванной локальным возбуждением нейронов."

"Мы живем своей повседневной жизнью, думая, что точно видим мир, но на самом деле наш мозг заполняет детали, которые трудно увидеть",-говорит Зак Дэвис, один из первых и соответствующих авторов статьи и постдокторский сотрудник Солка в лаборатории Рейнольдса. -Итак, мы обнаружили, как мозг сплетает воедино трудно различимую информацию, чтобы воспринимать объект."

В будущем ученые планируют изучить, координируются ли эти мозговые волны между различными областями мозга, посвященными зрению. Исследователи предполагают, что мозговые волны могут служить воротами между сенсорной обработкой и сознательным восприятием, возникающим из мозга в целом.

ИСТОЧНИК