Виявляється наш мозок постійно оброблює великий масив шуму, на перший погляд зайвої та непотрібної інформації. В серії невеликих статей ми розкриємо дослідження та погляди науковців на «шум в мозку» та поговоримо що насправді він значить.

Активність у зоровій корі та інших сенсорних областях переважно складається зі  сигналів про рухи тіла, аж до маленьких тіків та смикань. Вчені зараз переосмислюють, як вони вивчають сприйняття.

Нові дослідження показують, що сприймання може бути залежне від рухової активності: зорова система може постійно обробляти інформацію навіть про найменші жести.

У кожну мить наші нейрони шепочуть, кричать, бурчать та співають, наповнюючи мозок запаморочливою какофонією голосів. Але, здається, багато цих голосів взагалі нічого не означають. Вони реєструються як звичні відголоски шуму, а не сигналу; більш схожі на фон, ніж фігуру.

Оскільки вчені вперше змогли записувати сигнали з одиничних нейронів 60 років тому, вони знали, що мозкова діяльність дуже мінлива, навіть коли на те немає очевидних причин. Нейронна реакція тварини на повторний подразник значно змінюється від випробування до випробування, коливаючись таким чином, що здається майже випадковою. Навіть за повної відсутності стимулу ви змогли б зафіксувати спонтанну активність, і побачити, що це виглядає впорядковано, як те, що має сенс”, коментує Девід Маккормік , невролог в Університеті Орегону.

“В результаті ми розглядаємо мозок, як дещо одночасно дуже шумне і те, що використовує якусь систему високого рівня, щоб подолати цю галасливість”, – сказав він.

Але за останнє десятиліття ця думка змінилася. Стало очевидним, що ця нібито випадковість і мінливість стосується не лише безладу в нервовій механіці мозку, а й таких поведінкових станів, як збудження та стрес – станів, які, здається, впливають і на сприйняття та прийняття рішень.

Науковці зрозуміли, що шум є дечим більшим, ніж вони припускали.

Тепер, аналізуючи як нейронну активність, так і поведінку мишей з високою детальністю, дослідники виявили дивовижне пояснення більшої частини цієї мінливості: у всьому мозку, навіть у сенсорних областях низького рівня, таких як візуальна кора, нейрони кодують набагато більше інформації, ніж мали слідуючи своїй заданій функції. Вони також «говорять» про те, чим ще займається тварина, навіть якщо йдеться про щось просте – посмикування вуса чи рух задньої ноги.

Ці прості «зашумлені сигнали» не просто присутні в нервовій діяльності. Вони домінують.

І дані, що отримують вчені з нових досліджень змінюють наші погляди на інтерпретацію та побудову експериментів.

Елегантна, але застаріла історія

Приблизно десятиліття тому більшість неврологів використовували тварин під анестезією у своїх експериментах. Ця практика дозволила їм досягти неймовірних успіхів у напрямку кращого розуміння мозку, але це також “призвело до сильно спотвореного погляду на роботу нейронів”, – зазначив Девід Кляйнфельд , нейрофізик з Каліфорнійського університету, Сан-Дієго. Це було особливим недоліком у дослідженні зору, оскільки рівень анестезії часто був досить високими, тому ми сумніваємось що сонні (або непритомні) тварини щось бачили. Принаймні, наркоз позбавляє будь-яких реальних рамок чи контексту, які можуть впливати на зоровий процес.

«Навіть у темряві нейрони зорової кори продовжують спілкуватися.»

Як результат, виникла певна картина того, як працює зір: сигнали з очей рухались крізь безліч неврологічних фільтрів, які створювали все більш спеціалізовані та складні уявлення про навколишнє середовище. Лише пізніше процес візуального представлення інтегрувався з інформацією інших органів чуття та інших областей мозку. “Приємно та бентежно думати про первинні сенсорні зони як камери, які дають чисте уявлення про те, що відбувається у світі, – сказала Енн Черчленд , невролог з лабораторії “Холодний Спрінг-Харбор” у Нью-Йорку, – о, якою вишуканою ця модель зору могла б бути. Але гори досліджень доводять, що подібна модель є занадто спрощеною”.

Величезна кількість взаємозв’язків мозку наповнює його циклами зворотного зв’язку, які дозволяють вищим корковим ділянкам спілкуватися з нижчими. Протягом десятиліть досліджень науковці поступово виявляли, що кожна область мозку є менш спеціалізованою, ніж можна подумати, судячи з їх назви: зорова кора людей, сліпих або слабозорих, наприклад, може обробляти слухову та тактильну інформацію. Нещодавно було встановлено, що соматосенсорна кора, а не моторна кора, відіграє значну роль у вивченні моторних навичок. І ширші явища, такі як увага, очікування чи мотивація, можуть впливати на сприймання людей.

Шум в нашій голові: частина 2