Як мозок перетворює уривчасті сигнали на цілісну картину світу: пояснення вчених

Наш мозок щомиті отримує величезну кількість уривчастих сигналів від органів чуття, але ми сприймаємо світ як цілісну і стабільну картину. Вчені з Інституту Солка висунули теорію, що ключову роль у цьому процесі відіграють так звані мандрівні нейронні хвилі — електричні сигнали, які переміщуються через тканини мозку.

Раніше подібну активність спостерігали переважно під час анестезії, тому її значення для нормальної роботи мозку залишалося незрозумілим. У 2020 році лабораторія нейробіолога Джона Рейнольдса вперше виявила мандрівні хвилі у зоровій системі несплячих тварин. Подальші експерименти показали, що ці хвилі можуть впливати на чутливість зорової кори: залежно від моменту проходження хвилі мозок стає більш або менш сприйнятливим до нових сигналів.

Дослідники виділили чотири можливі функції таких хвиль: зміна сприйняття в реальному часі, тимчасове зберігання нещодавньої сенсорної інформації, допомога у передбаченні наступних подій та відтворення послідовностей, пов'язаних зі спогадами. За запропонованою моделлю, хвилі виникають завдяки повторній взаємодії нейронів: сила зв'язків між ними змінюється під впливом досвіду, і мозок поступово навчається розпізнавати закономірності у навколишньому середовищі.

Що це означає для нас? Якщо ви коли-небудь шукали ключі, які лежали на видному місці, — це саме той випадок. Мозок не обробляє кожен фрагмент інформації окремо, а використовує попередній досвід і очікування, щоб визначити найбільш імовірне пояснення сигналів. Зображення на сітківці постійно змінюється, коли ми рухаємо очима або головою, але мандрівні хвилі допомагають зберігати цілісне сприйняття предметів та їхнього руху.

Рейнольдс порівнює цей процес із роботою великих мовних моделей, які навчаються на великій кількості текстів і використовують виявлені закономірності для створення нових відповідей. На його думку, мозок формує своєрідну біологічну генеративну модель на основі накопиченого досвіду.

Це відкриття має значення не лише для фундаментальної науки, але й для розуміння процесів навчання та сприйняття. Якщо мандрівні хвилі справді впливають на увагу, пам'ять і передбачення подій, це може допомогти у розробці методів покращення концентрації та ефективнішого навчання. Подальші дослідження покажуть, як саме використовувати ці знання на практиці.