Ученые выяснили, как высшие отделы мозга заставляют нас видеть то, чего нет
Ученые, воздействуя лазерами на клетки мозга, определили источник иллюзий, открыв новые данные о природе шизофрении. Новое исследование о том, как мозг обрабатывает иллюзии, заключалось в облучении нейронов мышей лазерами, что позволило искусственно воспроизвести активность мозга, связанную с ложным распознаванием образов.
Работа, выполненная исследователями из Калифорнийского университета в Беркли и Института Аллена, позволила идентифицировать нейронную цепь и тип клеток в мозге мышей, которые отвечают за формирование иллюзий. Согласно новой статье в , эта цепь подчеркивает внешние границы иллюзии, помогая мозгу предсказать, какой информации может не хватать.
Клетки, ответственные за эту деятельность по обнаружению иллюзий, называются «нейроны IC-энкодеры». Их роль заключается в отправке сигналов, побуждающих мозг воспринимать то, чего на самом деле нет, через процесс, называемый возвратным завершением паттерна. В этом процессе мозг распознает шаблоны и заполняет недостающую информацию, помогая организмам осмысливать окружающий мир.
«Поскольку нейроны IC-энкодеры обладают этой уникальной способностью управлять завершением паттерна, мы считаем, что у них может быть специализированная синаптическая выходная связь, которая позволяет им очень эффективно воссоздавать этот паттерн», — сообщила доктор философии Хейён Шин, исследователь, участвовавший в работе, которая сейчас работает в Сеульском университете. «Мы также знаем, что они получают нисходящие входные сигналы из высших зрительных областей. Представление иллюзии сначала возникает в высших зрительных областях, а затем передается обратно в первичную зрительную кору; и когда эта информация возвращается, она принимается этими IC-энкодерами в первичной зрительной коре».
Шин вместе со своим коллегой Хиллелом Адесником руководила командой, которая демонстрировала мышам оптические иллюзии, такие как треугольник Канижы, и отслеживала их электрическую мозговую активность. Исследователи сфокусировались на нейронах IC-энкодерах, используя метод двухфотонной голографической оптогенетики для облучения нейронов лазерами. Примечательно, что те же паттерны мозговой активности появлялись даже тогда, когда иллюзия отсутствовала.
Результаты помогают прояснить иерархию мозга, показывая, как высшие отделы мозга инструктируют первичную зрительную кору, подобно тому как руководитель дает указания сотруднику. Сравнивая зрительные впечатления с известными образами, мозг предсказывает, что должно быть там. Затем высшие отделы мозга направляют первичную зрительную кору, заставляя её «увидеть» то, чего на самом деле нет — то, что она не смогла бы обнаружить самостоятельно, опираясь лишь на поступающую зрительную информацию.
Исследователи подчеркивают, что их работа имеет более широкие последствия, выходящие за рамки изучения иллюзий. Определенные заболевания нарушают эти процессы создания шаблонов, которые команда надеется лучше понять.
«При определенных заболеваниях в вашем мозге возникают паттерны активности, которые являются ненормальными, и при шизофрении они связаны с представлениями объектов, которые возникают случайным образом, — сказал соавтор Жером Лекок. — Если вы не понимаете, как формируются эти объекты и как совокупность клеток работает вместе, чтобы эти представления возникли, вы не сможете это лечить; поэтому понимание того, какие клетки и в каком слое происходит эта активность, полезно».
Проект Шин и Адесника является частью программы OpenScope Института Аллена, которая предоставляет внешним исследователям доступ к передовому оборудованию института, использовавшемуся в частях экспериментов.
Это также первый случай, когда обратная связь между высшими и низшими отделами мозга была непосредственно зафиксирована и изучена у мышей, что предоставляет ценный контекст для понимания принципов работы мозга различной сложности. Результаты показывают, что даже в относительно простом мозге млекопитающего зрительное восприятие — это не просто пассивная запись внешней информации, а активный конструктивный процесс, подобный работе движка видеоигры, который непрерывно генерирует и обрабатывает модель окружающей среды.