Як наш мозок створює цілісне зображення, коли ми дивимось на різні об’єкти?

Дослідна група Vision and Cognition, яку очолює доктор Пітер Рольфсема, директор Нідерландського інституту неврології, займається дослідженнями, що спрямовані на розуміння коркових механізмів зорового сприйняття, пам'яті та пластичності. Однією з цілей є створення зорового кортикального протеза для відновлення зору незрячим людям, Методика розробляється для людей, у яких загинув зоровий нерв і для яких чіп сітківки не є варіантом.

Пропонуємо Вашій увазі короткий огляд одного з напрямків дослідження групи Vision and Cognition доктора Пітера Рольфсема.

Коли ми дивимося на щось, різні властивості зображення обробляються в різних областях мозку. Але як наш мозок створює цілісне зображення з такого фрагментованого уявлення? Новий огляд Пітера Рольфсеми проливає світло на дві існуючі гіпотези в цій галузі.

Відкривши очі, ми відразу бачимо, що нас оточує. Ефективність нашого бачення є видатним досягненням еволюції. Інтроспективна легкість, з якою ми сприймаємо наше візуальне оточення, маскує складний механізм у нашому мозку, який підтримує зорове сприйняття. Зображення, яке ми бачимо, швидко аналізується складною ієрархією коркових і підкіркових областей мозку.

Ієрархія нашої зорової системи

Нейрони в областях мозку низького рівня виділяють основні характеристики, такі як орієнтація ліній, глибина та колір локальних елементів зображення. Вони надсилають інформацію до кількох ділянок мозку середнього рівня. Нейрони в цих областях кодують інші характеристики, такі як напрямок руху, колір і фрагменти форми.

Нейрони в областях середнього рівня надсилають інформацію на ще вищі рівні для ще більш абстрактного аналізу візуальної сцени. Нейрони на цих вищих рівнях кодують категорії об’єктів і навіть ідентичність конкретних осіб. Таким чином, кожен візуальний об’єкт активує складне уявлення, яке передається великою групою нейронів у багатьох областях мозку.

Важливим питанням є те, як розподілені та фрагментовані представлення об’єктів у багатьох областях зорового мозку можуть призвести до єдиного сприйняття об’єктів на фоні. Цей огляд присвячений так званій «проблемі зв’язування».

Проблема зв’язування виникає, якщо є кілька об’єктів. Кожен з об’єктів активує структуру нейронів у багатьох областях мозку, і в такому представленні може бути неочевидно, які особливості належать одному з об’єктів, а які – іншим. Який процес об’єднує ознаки в узгоджені представлення об’єктів?

Теорія синхронізації виявляється хибною

Пітер Рольфсема каже: «Коли ми обробляємо візуальну інформацію, наші клітини дивляться лише на невелику частину загальної картини. Ви отримуєте палітру клітинок, зосереджених на різних фрагментах. Немає однієї клітини, де ця інформація об’єднується. Була думка, що синхронізація клітин є важливою для вирішення проблеми зв’язування».

«Вважалося, що клітини, які кодують ознаки одного об’єкта, синхронізують свою діяльність у певному ритмі. Клітини, які кодують ознаки іншого об’єкта, тоді синхронізуватимуться в іншому ритмі. Багато вчених вкладали час і енергію в цю теорію, але тепер ми знаємо що це працює інакше».

«Виходить, що ми зосереджуємо свою увагу на одному об’єкті за раз. Цим нейронам, які кодують особливості об’єкта, що спостерігається, не потрібно синхронізуватись, але їхня активність зростає. Можна спостерігати кілька об’єктів одночасно, але визначення того, які властивості належать одному з об’єктів, потребує уваги».

«Наприклад, коли на столі є кілька об’єктів, ми часто не зацікавлені в тому, які властивості належать тому чи іншому об’єкту. Однак, коли ми хочемо взяти одну з речей, ми спрямовуємо свою увагу на цей об’єкт і лише тоді групування властивостей зображення стає актуальним».

«Проблема зв’язування, отже, вирішується не синхронізацією, а посиленням активації клітин. Багато вчених досі вірять у теорію синхронізації, хоча ми роками знали, що вона невірна.»