Ученые выяснили, как чувства взаимодействуют в мозге
Давно известно, что одновременное восприятие двух чувств, например, зрения и слуха, может привести к более точной реакции по сравнению с реакцией, наблюдаемой при восприятии только одного органа чувств. Например, потенциальная жертва, получающая визуальные и слуховые подсказки о том, что на неё вот-вот нападёт змея в траве, имеет больше шансов на выживание.
То, как именно взаимодействуют и взаимодействуют в мозге различные органы чувств, десятилетиями было предметом интереса нейробиологов. Новое исследование, проведённое международным сообществом учёных из Рочестерского университета и исследовательской группой из Дублина (Ирландия), открыло ряд новых важных открытий.
«Как и в случае сенсорной интеграции, иногда необходима человеческая интеграция», — сказал Джон Фокс, доктор философии, директор Института нейронауки Дель Монте при Рочестерском университете и соавтор исследования, показывающего, как в мозге происходит мультисенсорная интеграция.
Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature Human Behavior .
Это исследование стало результатом десятилетий учёбы и дружбы. Иногда идеям нужно время, чтобы созреть. Наука имеет свой темп, и это исследование — прекрасный тому пример.
Исследованием руководил Саймон Келли, доктор философии, профессор Дублинского университетского колледжа. В 2012 году его лаборатория открыла способ измерения информации для принятия решения, собираемой в мозге с течением времени, с помощью электроэнцефалографического (ЭЭГ) сигнала. Этот шаг стал результатом многолетних исследований, которые подготовили почву для данной работы.
«Мы были в уникальном положении для решения этой задачи», — сказал Келли. «Чем больше мы узнаем о фундаментальной архитектуре мозга, лежащей в основе столь элементарных действий, тем лучше мы сможем интерпретировать различия в поведении и сигналах, связанных с такими задачами в клинических группах, и разрабатывать механистически обоснованные методы диагностики и лечения».
Участникам исследования было предложено наблюдать за простой анимацией точек, слушая при этом серию тонов, и нажимать кнопку, когда они замечали изменение точек, тонов или и того, и другого.
Используя ЭЭГ, учёные смогли сделать вывод, что при изменении как точек, так и тонов слуховые и зрительные процессы принятия решений развивались параллельно, но в двигательной системе объединялись. Это позволило участникам ускорить реакцию.
«Мы обнаружили, что амплитуда сигнала накопления ЭЭГ сильно различалась при обнаружении слуховых и зрительных целей, что указывает на существование отдельных слуховых и зрительных аккумуляторов», — сказал Келли.
Используя вычислительные модели, исследователи попытались объяснить закономерности сигналов принятия решений, а также время реакции. В одной модели слуховые и зрительные аккумуляторы соревнуются друг с другом, запуская двигательную реакцию, в то время как другая модель объединяет слуховые и зрительные аккумуляторы, а затем отправляет информацию в двигательную систему. Обе модели работали до тех пор, пока исследователи не добавили небольшую задержку к звуковому или визуальному сигналу.
Затем интеграционная модель гораздо лучше справилась с объяснением всех данных, предположив, что во время мультисенсорного (аудиовизуального) опыта сигналы решения могут начинаться на своих собственных сенсорно-специфических дорожках, но затем интегрироваться при отправке информации в области мозга, которые генерируют движение.
«Исследование предоставляет конкретную модель нейронной архитектуры, посредством которой принимаются мультисенсорные решения», — сказал Келли. «Оно проясняет, что отдельные процессы принятия решений собирают информацию из разных модальностей, но их выходные данные сходятся в единый двигательный процесс, где они объединяются для соответствия единому критерию действия».
Командная наука захватывает деревню
В 2000-х годах Лаборатория когнитивной нейрофизиологии Фокса, которая тогда располагалась в Городском колледже Нью-Йорка, привлекла множество молодых исследователей, включая Келли и Мануэля Гомеса-Рамиреса, доктора философии, доцента кафедры мозга и когнитивных наук в Университете Рочестера и соавтора исследования.
Именно здесь Келли работал постдоком и впервые познакомился с мультисенсорной интеграцией , а также инструментами и показателями, используемыми для оценки аудиовизуального обнаружения. Гомес-Рамирес, который в то время был аспирантом в лаборатории, разработал эксперимент для изучения интеграции слуховых, визуальных и тактильных сигналов.
«Мы трое дружим уже много лет, несмотря на очень разное происхождение», — сказал Фокс.
«Но нас объединяет общий интерес к ответам на фундаментальные вопросы о мозге. Когда мы собираемся вместе, мы обсуждаем эти вещи, обмениваемся идеями, и через полгода что-то приходит в голову. Это действительно хороший пример того, что иногда наука оперирует более широким временным горизонтом».