Биоинженеры перехватили послание нейронов, занятых визуализацией реальности

Теперь группа американских биоинженеров из Гарварда и ученых-нейрофизиологов из Университета штата Нью-Йорк (State University of New York - SUNY) сделала важный шаг на пути к решению этой проблемы, изучив способы, посредством которых наш мозг умудряется быстро и точно "запаковывать" информацию о естественных визуальных событиях, протекающих в пределах разных временных шкал.

"Возможности нашего визуального восприятия ограничены довольно медленными темпами срабатывания нейронов, которые занимаются интеграцией поступающего в глаза светового потока. Из-за подобной физиологической особенности становится, например, возможной киноиллюзия - когда ряд мерцающих кадров сливается в нашем восприятии (без всяких швов) в единое непрерывное голливудское действо, - поясняет один из авторов статьи Гарретт Стэнли (Garrett Stanley) из Гарвардской школы инженерных и прикладных наук (Harvard School of Engineering and Applied Sciences) при Гарвардском университете (Harvard University). - Однако если мозг реагирует на некое кратковременное визуальное событие (вроде подпрыгивающего мячика), то активность нейронов, ответственных за передачу этой информации, может обеспечивать миллисекундную точность, несмотря даже на то, что движение мяча само по себе гораздо медленнее".

Чтобы объяснить, как мозг может кодировать визуальную информацию с таким качеством, исследователи отслеживали нейронную активность у животных, смотрящих киноролики, снятые в местах их естественного обитания. Эти данные позволили Стэнли и его коллегам точно описать структуру обмена электрическими импульсами в тех клетках, что отвечают за передачу формы и движения.

Так выглядят нейроны при 2250-кратном увеличении

Анализ полученных данных заставил предположить, что переход мозга в режим восприятия реальности в пределах той или иной временной шкалы зависит от природы визуального стимула. Иными словами, точность момента срабатывания нейронов (своего рода запуск процесса синхронизации времени по внутренним часам) меняется в зависимости от требований к восприятию визуальной сцены. Например, более быстрое движение мяча приводит к повышенной мозговой активности (в сравнении с неторопливым движением). Тем не менее, точность восприятия, которая обеспечивалась активностью нейронов, по возможности всегда в несколько раз превосходила требуемую (исходящую из скорости движения мяча).

Стэнли сравнивает получаемый эффект с техническими требованиями, предъявляемыми к качеству цифровой звукозаписи. Ведь для ясного и полноценного воспроизведения частота кодирования должна по крайней мере вдвое превосходить собственную частоту сигнала, несущего информацию.

Отмечается, что знание реальной скорости, с которой мозг кодирует информацию, критически важно, например, для неврального протезирования, с помощью которого можно попытаться улучшить или же даже заменить те функциональные элементы человеческого мозга, которые были утрачены в результате травмы или болезни.