Что делает мозг, когда мы удивляемся — ученые нашли универсальный сигнал

Исследователи из Чикагского университета обнаружили, что чувство удивления у людей сопровождается общей активностью в мозге, независимо от того, что именно вызывает это удивление — спортивный матч, мультфильм или простая игра. Это открытие, опубликованное в журнале Nature Human Behaviour, может помочь лучше понять, как мозг реагирует на неожиданную информацию и как мы воспринимаем реальность.

Удивление — одно из самых ярких чувств, но до сих пор ученые не могли точно определить, как мозг обрабатывает разные типы неожиданностей: социальные (например, неожиданный поступок человека, сюрприз), физические (предмет двигается странно), или информационные (данные, которых не ожидал). Авторы исследования — Цзывэй Чжан и Моника Розенберг — выдвинули гипотезу, что стоит не рассматривать отдельные зоны мозга, а следить за тем, как сотни участков мозга «пульсируют» вместе в момент удивления.

Как проходило исследование

Исследователи использовали три разных источника данных. Сначала — лабораторный эксперимент с 32 участниками, которые играли в простую игру: вертолет сбрасывал мешки, и им нужно было предсказать место падения. Иногда вертолет «скакал» в новое место. Это создавало неожиданные события, а ученые отслеживали активность мозга с помощью функциональной МРТ, разделив мозг на 268 участков.

Но вместо обычного подхода, где анализируется средняя активность зон, исследователи изучали, как пары участков мозга «взаимодействуют» в каждый конкретный момент времени. Они обнаружили два набора связей: один активизировался, когда сюрприз был сильным, другой — наоборот, затихал. Разница между ними дала так называемый «неожиданный счет» — числовой показатель того, насколько сильно мозг ощущает удивление в данный момент.

Чтобы проверить, насколько хорошо работает их модель, ученые взяли данные из другого эксперимента: 20 человек смотрели концовки студенческих баскетбольных матчей, находясь в аппарате МРТ. С помощью алгоритмов спортивной аналитики исследователи определяли, насколько неожиданными были изменения счета. Оказалось, что «уровень неожиданности», рассчитанный на основе первой лабораторной игры, точно совпадал с тем, как мозг зрителей реагировал на неожиданные повороты в реальных матчах.

Чтобы исключить случайности, команда сравнила свою модель с другими подходами, включая анализ активности отдельных зон мозга, известные нейросети (например, «сеть режима по умолчанию») и более медленные методы анализа. Ни один из них не дал такого точного прогноза. Это показывает, что моментальные изменения связи между участками мозга несут важную информацию, которую упрощенные подходы упускают.

Третий тест — мультфильмы

Третьим шагом было использование данных из MIT (Massachusetts Institute of Technology), где 29 взрослых смотрели короткие видео. В некоторых клипах персонажи нарушали логику поведения (например, проходили сквозь стены), в других — нарушались физические законы без участия персонажей. Сеть снова сработала: мозг сильнее реагировал на социальные сюрпризы, чем на физические. Это подтверждает идею, что удивление, связанное с поведением других людей, особенно чувствительно для мозга.

Основные выводы всех экспериментов

Исследование показало, что во время неожиданных событий усиливаются связи между:

• зрительной корой (анализ изображений),

• теменными областями (ориентация, внимание),

• лобной корой (принятие решений, прогнозирование),

• лимбической системой (эмоции, память).

В то же время снижается активность между зонами, отвечающими за обработку сенсорных и моторных сигналов.

Особенно важны связи между лобной и теменной частями мозга, которые управляют вниманием, и сетью режима по умолчанию — это часть мозга, которая активна, когда мы не заняты конкретной задачей, например, вспоминаем что-то или думаем о будущем. Исследование впервые показывает, что наш мозг может реагировать на удивление одним и тем же способом в разных ситуациях.

Как говорит одна из авторов, Моника Розенберг:

«Это как если бы мозг имел универсальную волну, которую он запускает каждый раз, когда мир не совпадает с нашими ожиданиями».