Нейробиологи узнали, как мозг делит визуальную обработку между полушариями
Мозг делит зрение между двумя полушариями — то, что находится слева, обрабатывается правым полушарием, и наоборот — но наше восприятие любого движущегося объекта остается целостным. Эта способность «сшивать» восприятие стала темой нового исследования, опубликованного в Journal of Neuroscience.
«Некоторых людей удивляет определенная независимость полушарий друг от друга, потому что это не совсем соответствует нашему восприятию реальности. В нашем сознании все кажется единым», — сказал профессор Эрл К. Миллер из Института обучения и памяти Пикауэра в Массачусетском технологическом институте.
Эстафетная палочка
Нейробиологи обнаружили, что раздельная обработка зрения в каждом полушарии имеет преимущества, включая возможность одновременно отслеживать больше объектов. Но Миллер и его коллеги хотели также понять, как в конечном итоге восприятие кажется таким целостным.
Исследовательская группа измеряла нейронную активность в мозге животных, когда те отслеживали объекты, пересекающие их поле зрения. Результаты показывают, что различные частоты мозговых волн кодируют, а затем передают информацию из одного полушария в другое еще до пересечения объектом центра, а затем удерживают представление об объекте в обоих полушариях до тех пор, пока пересечение не завершается. Этот процесс схож с передачей эстафетной палочки бегунами друг другу или переключением телефона между вышками сотовой связи, если по нему разговаривает пассажир поезда. В обеих аналогиях вышки или руки активно удерживают то, что передается, до подтверждения успешной передачи.
В опытах на макаках-резусах исследователи измеряли как электрические разряды (спайки) отдельных нейронов, так и различные частоты мозговых волн, которые возникают в результате скоординированной активности многих нейронов. Они изучали дорсолатеральную и вентролатеральную префронтальную кору в обоих полушариях — области мозга, связанные с исполнительными функциями.
Колебания мощности волн определенных частот в каждом полушарии четко показали, как полушария совершают передачу объекта от одного к другому, когда он пересекает середину поля зрения. В экспериментах целевой объект сопровождался отвлекающим на другой стороне экрана, чтобы убедиться, что испытуемые сознательно следят за движением целевого объекта, а не просто бездумно разглядывают все, что им показывают.
В ритмах мозга
Самые высокочастотные волны гамма, которые кодируют сенсорную информацию, достигали пика в обоих полушариях, когда испытуемые впервые смотрели на экран и снова когда появлялись два объекта. Когда смена цвета указывала, какой объект является целевым для отслеживания, увеличение гамма-активности, как и ожидалось, было заметно только в «передающем» полушарии (на противоположной стороне от целевого объекта). В то же время мощность несколько более низкочастотных бета-ритмов, которые регулируют активность гамма-волн, изменялась обратно пропорционально гамма-волнам. Эта динамика сенсорного кодирования сильнее выражена в вентролатеральных областях по сравнению с дорсолатеральными.
Между тем, две различные полосы низкочастотных волн показали большую мощность в дорсолатеральных областях в ключевые моменты передачи. Примерно за четверть секунды до того, как целевой объект пересекал середину поля зрения, альфа-ритм нарастал в обоих полушариях и достигал пика сразу после пересечения объектом центра. В то же время тета-волны достигали пика после завершения пересечения, но только в принимающем полушарии, то есть противоположном новой позиции цели.
Сопровождая картину пиков волн, данные о спайках нейронов показали, как перемещалось представление о местоположении цели в мозге. Используя декодер — программное обеспечение, которое интерпретирует, какую информацию представляют спайки, — исследователи могли видеть, как представление о цели появляется в вентролатеральной области передающего полушария, когда оно впервые получает сигнал — смену цвета. По мере приближения цели к середине поля зрения принимающее полушарие присоединялось к передающему в представлении объекта, так что во время передачи оба кодируют информацию.
После того, как передающее полушарие изначально закодировало цель с помощью взаимодействия бета- и гамма-волн в вентролатеральной области, нарастание альфа-волн в дорсолатеральной части побуждает принимающее полушарие готовиться к передаче, зеркально отражая кодирование информации о цели передающим полушарием. Альфа-активность достигает пика сразу после того, как цель пересекает середину поля зрения, а по завершению передачи «эстафетной палочки» принимающее полушарие словно отчитывается тета-ритмом: «Получено».
Когда происходят сбои
Когда цель не пересекала середину поля зрения, такой динамики не наблюдалось. Таким образом, мозг отслеживает объекты в одном полушарии, а затем просто заново «подхватывает» их, когда они попадают в поле зрения другого полушария.
Авторы указали со ссылкой на другие работы по этой тематике, что система межполушарной координации иногда может давать сбои при определенных неврологических состояниях, включая шизофрению, аутизм, депрессию, дислексию и рассеянный склероз. Новое исследование может дать представление о конкретных динамиках, необходимых для ее успешной работы.
