изследване

Мозъкът ускорява възприятието, предполагайки какво ще се случи след това

Представете си, че взимате чаша сябълков сок, както подозирате, да отпие глътка и да откриете, че всъщност е лека бира. Дори и да не се интересувате от бира, този път глътка е ужасна. Тъй като контекстът и вътрешните състояния, включително очакванията, влияят на това как всички животни възприемат и обработват сензорната информация, обяснява Алфредо Фонтанини, невробиолог от университета Стони Брук в Ню Йорк. В този случай, изчакване на грешен стимул води до изненада и негативна реакция.

Но това не се ограничава само до качеството на възприятието. Сред другите ефекти, сензорна система, която очаква входящи данни, добри или лоши, може също да увеличи скоростта, с която животното открива, идентифицира и реагира на тях.

Преди няколко години Фонтанини и неговият екипоткрили пряко неврално доказателство за този ефект на ускорение в кората на вкуса, частта на мозъка, която е отговорна за вкусовото възприятие. Оттогава те са се опитали да определят структурата на кортикалната схема, която ги е довела до такива резултати. И сега, той е намерен. Миналия месец те публикуваха своите констатации в Nature Neuroscience: мрежов модел със специален тип архитектура, който не само предоставя нови прозрения за това как работят очакванията, но също така се впуска в по-широки въпроси за това, как учените трябва да гледат по-широко на възприятията. Нещо повече, тя продължава с теорията за вземане на решения, която предполага, че мозъкът наистина прави бързи заключения, вместо да ги изгражда.

Бързи чувства и активни състояния

Вкусът - най-малко проученото чувство - е станалидеален за започване на търсенето. След като вкусът попадне на езика, отнема няколко стотин милисекунди и активността в вкусовата кора започва да отразява входящите данни. "По стандартите на мозъка, вечността минава", казва Дон Кац, невролог в университета Брандейс в Масачузетс. „В зрителния кортекс това отнема по-малко време”, което затруднява определянето на ефекта от очакванията, които учените искат да изучат.

През 2012 г. Фонтанини и колегите му проведохаексперимент, при който плъховете чуват звук ("предварителен сигнал") и след това получават малка част от вкуса през тръба в устата. Самият вкус може да е сладък, солен, кисел или горчив, а превантивният сигнал не съдържа информация за това коя от четирите може да последва.

Въпреки това, учените са открили, че такива общиизчакването може да накара невроните на вкусовата кора да разпознаят стимула почти два пъти по-бързо, отколкото когато плъховете получават вкуса, без първо да чуят звука. Периодът на забавяне е намален от приблизително 200 милисекунди на 120 милисекунди.

Фонтанини искаше да знае какъв тип невронна мрежатеоретично може да осигури по-бързо кодиране. И това му помогна колегата му по Stony Brooke, неврологът Джанкарло Ла Камера, който преди това е работил за моделиране на спонтанна мозъчна дейност, която се проявява дори и при липса на стимули.

През последните няколко десетилетия все повечеподчертава се, че по-голямата част от дейността в сензорните мрежи се генерира повече отвътре, отколкото под влиянието на външни стимули. Ако сравните активността на зрителния кортекс на животно в пълна тъмнина с активността на животно, което се оглежда, разликата ще бъде малка. Дори в отсъствието на светлина, множеството неврони в кората започват да работят заедно, едновременно или в предвидими вълни. Това съвместно задействане се записва като така нареченото метастабилно състояние от няколко стотин милисекунди до няколко секунди и след това се превключва картината на активността. Метастабилността, или тенденцията към скок между преходните състояния, продължава след въвеждането на стимул (стимул), но някои състояния, като правилата, се появяват по-често за определени стимули и затова се считат за "кодиращи състояния".

La Camera и други (включително Katz) по-раносимулирана метастабилност, създавайки така наречената клъстерна мрежа. В него, възбуждащите невронни групи са силно свързани помежду си, но инхибиторните неврони са случайно свързани с отделни възбуждащи неврони. "Тази клъстерна архитектура е от съществено значение за създаването на метастабилност", казва Фонтанини.

Учените са открили, че една и съща мрежова структураСъщо така беше необходим за пресъздаване на ефектите от чакането. В метастабилен модел с клъстерна архитектура, учените имитират общ сигнал за предварителна реакция с последващото появяване на определен вкус. След като направиха това, те успешно възпроизведоха ускорения модел на кодиране, който Фонтанини наблюдаваше при плъхове през 2012 г .: преходите от едно метастабилно състояние в друго станаха по-бързо, отколкото позволяваше на системата да достигне по-бързо кодиращи състояния.

Тези резултати показаха, че чрез просто създаване на мрежапоказвайки тези метастабилни модели на активност, "можете да уловите много неврологични реакции, когато имитирате вкусови усещания", казва Фонтанини.

Работата на учените беше забележителна в това отношениепредоставя информация за това коя архитектура да търси във вкусовата кора, а също и, вероятно, в други сензорни кортикални слоеве. Сега невролозите решават как се обработва вкусът: някои казват, че редица неврони могат да кодират „сладък“ и друг „солен“, създавайки много специфични нервни сигнатури за определени вкусове. Други приписват това на по-широки модели, в които повечето неврони отговарят на повечето вкусове. Работата на Фонтанини и неговите колеги подкрепя последната теория, като в същото време дава прогнози за това как трябва да изглежда тази връзка.

Мозъкът е сложен, съгласен ли си? Нека обсъдим това в нашия чат в Telegram.