Мозг сканирует окружающий мир ритмичными волнами, чтобы заметить изменения
Новое исследование Массачусетского технологического института (MIT) позволяет по-новому взглянуть на работу мозга. Нейробиологи из Института обучения и памяти Пикауэра при MIT предполагают, что мозговые волны буквально «сканируют» кору больших полушарий, подобно тому как радар прочесывает небо, помогая мозгу обнаруживать неожиданные визуальные аномалии.
Исследование, проведенное под руководством Хио-Бин Хан в лаборатории профессора Эрла К. Миллера, было сосредоточено на том, как мозг хранит и обрабатывает визуальную информацию в краткосрочной перспективе — процессе, известном как зрительная рабочая память. Кора головного мозга создает карту того, что воспринимается в пространстве. Когда мы фокусируемся на окружающей обстановке, тета-волны определенной частоты проходят по этой карте, отыскивая визуальные несоответствия, которые могут потребовать внимания.
В ходе экспериментов животные были обучены играть в простую видеоигру: на экране ненадолго появлялся массив цветных квадратов, после чего возникал второй массив, в котором один квадрат изменил цвет. Задачей было как можно быстрее посмотреть на изменившийся квадрат. Ученые отслеживали движения глаз и время реакции, параллельно записывая активность мозговых волн в области коры, ответственной за картографирование визуальной информации с сетчатки.
Проанализировав сотни попыток, исследователи обнаружили, что и активность тета-ритмов, и вертикальное местоположение измененного квадрата сильно коррелируют с точностью и скоростью обнаружения изменений. Определенные горизонтальные полосы коры оказались настроены на конкретные тета-частоты, а это значит, что результат зависел от того, насколько внутренний ритм мозга совпадал с позицией визуального изменения. Оптимальная тета-фаза для успешного выполнения задачи варьировалась в зависимости от местоположения цели, прогрессируя сверху вниз в поле зрения. Это явление можно объяснить бегущей волной активности по поверхности коры во время удержания информации в памяти.
Как пояснил профессор Миллер, это показывает, что волны влияют на производительность по мере того, как они перемещаются по поверхности коры. Это позволяет предположить, что бегущие волны организуют или даже выполняют нейронные вычисления. Способность мозга замечать визуальные изменения подчиняется четкому ритму. Чем ближе визуальное изменение происходило к оптимальной тета-фазе определенной полосы коры, тем быстрее оно распознавалось.
Исследователи также наблюдали взаимодействия с другими частотными диапазонами, которые подтвердили их модель волновых вычислений. Новая работа дополняет предыдущие открытия, показывая, что тета-волны модулируют как бета-ритмы, связанные с регуляцией контекста задачи, так и гамма-ритмы, кодирующие сенсорный вход. Когда тета-волны усиливались, бета-активность подавлялась, и возникали всплески нейронной активности, связанные с визуальной обработкой.
В будущем команда планирует разработать систему обратной связи, предназначенную для усиления определенных частот мозговых волн. Их долгосрочная цель — повысить емкость зрительной памяти путем усиления мощности тета-ритмов.
Научная статья была опубликована в журнале 20 октября 2025 года.