Оптические иллюзии играют на предубеждениях мозга, заставляя его воспринимать изображения не такими, какими они есть на самом деле. Недавно же учёные задействовали оптическую иллюзию на мышах — чтобы раскрыть скрытую информацию о том, как мозг обрабатывает визуальную информацию.
Исследование было сосредоточено на иллюзии распространения неонового цвета, которая включает в себя узоры из тонких линий на сплошном фоне. Части этих линий имеют разный цвет — например, салатовый в приведённом выше примере — и мозг воспринимает эти линии как часть сплошной фигуры с чёткой границей — в данном случае круга. Замкнутая форма также выглядит ярче, чем окружающие её линии.
Хорошо известно, что эта иллюзия заставляет человеческий мозг ложно заполнять и воспринимать несуществующие контуры и яркость — но продолжаются споры о том, что происходит в мозге, когда это случается. Теперь же учёные впервые продемонстрировали, что иллюзия работает на мышах, и это позволило им заглянуть в мозг грызунов и увидеть, что на самом деле происходит.
В частности, они увеличили изображение части мозга, называемой зрительной корой. Когда свет попадает в наши глаза, электрические сигналы передаются по нервам в зрительную кору. Эта область обрабатывает визуальные данные и отправляет их в другие области мозга, позволяя нам воспринимать окружающий мир.
Зрительная кора состоит из шести слоёв нейронов, которые последовательно пронумерованы V1, V2, V3 и так далее. Каждый уровень отвечает за обработку различных особенностей изображений, попадающих в глаза, при этом нейроны V1 обрабатывают первый и самый базовый уровень данных, а остальные слои относятся к «высшим зрительным областям». Эти нейроны отвечают за более сложную визуальную обработку, чем нейроны V1.
До сих пор учёные спорили о том, в какой степени нейроны V1 реагируют на иллюзорную яркость, например, на яркость, которую люди воспринимают, глядя на иллюзию, распространяющую неоновые цвета. В серии лабораторных экспериментов на мышах исследователи показали, что эти нейроны играют фундаментальную роль в этом процессе и что их активность также регулируется обратной связью от нейронов V2. Таким образом, происходит обмен информацией между этими различными слоями зрительной коры.
Эти знания могут улучшить наше понимание сознания, говорят исследователи в статье, опубликованной 23 апреля в журнале Nature Communications.
«Наблюдаемая связь между V1 и V2 при обработке иллюзий подразумевает, что сознание — это процесс сверху вниз (нисходящий)», а не процесс снизу вверх (восходящий), рассказал Live Science соавтор исследования Масатака Ватанабэ (Masataka Watanabe), адъюнкт-профессор кафедры системных инноваций Токийского университета.
Обработка сверху вниз относится к тому, как наш мозг интерпретирует наше окружение, принимая во внимание предыдущий опыт, а не полагаясь исключительно на визуальные стимулы. Напротив, чистая восходящая обработка позволяет использовать различные элементы изображения и соединять их вместе, как кусочки головоломки, создавая целостную картину без вмешательства памяти человека.
Другие исследования предполагают, что сознание — это нисходящий процесс, но это исследование на мышах предоставляет прямые доказательства этого, сказал Ватанабэ. Однако ответ не является чёрно-белым, поскольку некоторые утверждают, что сознание, скорее всего, возникает в результате сочетания того и другого.
Каковы новые доказательства? В ходе исследования мышам демонстрировали комбинацию иллюзий, распространяющих неоновые цвета, и других похожих узоров, которые не вызывали иллюзию. Одновременно Ватанабэ и его коллеги с помощью имплантированных электродов измеряли активность нейронов мозга грызунов.
Команда также измерила, считают ли мыши иллюзии яркими, оценивая, насколько расширяются или сужаются зрачки их глаз. Эта реакция соответствовала реакции, наблюдаемой у людей, когда мы воспринимаем изменения уровня освещённости.
Нейроны V1 реагируют как на иллюзорные, так и на неиллюзорные образы, но на первые им требуется больше времени. Это подтверждает теорию о том, что нейронам V1 для обработки иллюзий такого типа необходима обратная связь от высших зрительных областей, сообщила команда.
Затем исследователи попытались экспериментально подавить активность нейронов высших зрительных областей и обнаружили, что нейроны V1 реагируют на иллюзии с меньшей вероятностью. Это предоставило дополнительные доказательства того, что для восприятия иллюзии необходима петля обратной связи более высокого уровня.
По словам Ватанабэ, в будущем команда планирует провести дальнейшие исследования, в которых они будут изучать активность нейронов высших зрительных областей у мышей. Они надеются, что это прольёт больше света на нейронные механизмы, лежащие в основе сознания у мышей и, как следствие, у людей.