В России разгадали механизм странного зрительного феномена

Российские учёные в соавторстве со шведскими коллегами определили нейронные механизмы, стоящие за необычным свойством зрительного восприятия. Это достижение поможет в исследовании человеческого зрения, а также причин возникновения эпилепсии, шизофрении и аутизма.

Подробности изложены в научной статье, опубликованной в журнале NeuroImage.

Визуальное восприятие изучено далеко не полностью. И порой необычная зрительная иллюзия или незначительный на первый взгляд эффект вскрывает глубокие механизмы, стоящие за нашей способностью видеть мир. Поэтому нейробиологи внимательно изучают любые явления подобного рода.

Одна из особенностей нашего зрения — пространственное подавление. Этот феномен заключается в следующем. Возьмём движущуюся решётку с высоким контрастом между линиями и фоном. Если она выходит за пределы центра поля зрения, то нам будет трудно определить направление её движения. И чем больше скорость, тем труднее. Это довольно странно, ведь обычно мы не испытываем никаких затруднений с определением того, в какую сторону движется тот или иной объект.

Пространственное подавление было обнаружено не только у людей, но и у других приматов. Зато при шизофрении, эпилепсии и расстройствах аутистического спектра эта особенность выражена не так ярко, как у здоровых людей.

 "Удивительно, но способность к определению направления движения улучшается при некоторых заболеваниях. Мы предполагаем, что такое улучшение связано с ослаблением работы тормозных нейронов", — объясняет соавтор статьи Елена Орехова из Московского государственного психолого-педагогического университета (МГППУ).

Учёные полагают, что пространственное подавление — одно из многочисленных проявлений явления, известного как surround suppression, что можно перевести как "подавление окружением".

Поясним, о чём речь. Нервный сигнал с сетчатки глаза отправляется в зрительную кору мозга. Эта кора разделена на участки, каждый из которых воспринимает сигнал с определённой зоны сетчатки — своего рецептивного поля. То есть у каждого зрительного нейрона есть регион сетчатки (и, соответственно, поля зрения), сведения с которого он обрабатывает. Вся остальная сетчатка его, как правило, не интересует.

Однако при определённых условиях принцип "я возделываю только свой сад" нарушается. Так, сигнал, принятый за пределами рецептивного поля данного нейрона и услужливо переданный ему другими нервными клетками, может уменьшить частоту активации нейрона (количество импульсов в единицу времени). В этом и заключается феномен подавления окружением.

Нейробиологи считают, что это один из основных механизмов, позволяющий мозгу решить, на какой из многочисленных зрительных стимулов обратить внимание в первую очередь.

Однако как именно описанное явление ведёт к феномену пространственного подавления? До работы российских и шведских специалистов это оставалось загадкой.

Теперь учёные выяснили, что увеличение скорости больших объектов активирует особые группы нейронов. Они, в свою очередь, подавляют деятельность нервных клеток, отвечающих за восприятия направления движения. Таким путём сигнал об увеличении скорости, принятый за пределами рецептивного поля нейрона, влияет на его деятельность и мешает мозгу определить направление, в котором движется объект.

Открытие было сделано благодаря магнитной энцефалографии (МЭГ). Это регистрация магнитных полей головного мозга. В мире всего около двухсот установок МЭГ. В России такое устройство ровно одно, и находится оно в стенах МГППУ.
С помощью МЭГ учёные регистрировали гамма-ритмы (они же гамма-волны) мозга. Это электромагнитные колебания с низкой амплитудой и частотой в десятки герц. На электроэнцефалограмме их трудно отличить от помех, создаваемых электрической активностью мышц. МЭГ в этом смысле более надёжна.

"Гамма-волны (быстрые колебания электромагнитной активности мозга), регистрируемые МЭГ, позволяют судить о балансе тормозящих и возбуждающих [нервных] импульсов, помогая выявить его нарушения у конкретного человека", — рассказывает Орехова.

Нейробиологи выяснили, что появление в поле зрения человека больших движущихся решёток вызывает в его зрительной коре гамма-ритмы. Когда скорость решётки увеличивается (и пространственное подавление, как мы помним, становится более заметным), амплитуда гамма-волн уменьшается. Степень этого затухания коррелирует со скоростью движения решётки.

Другими словами, быстрое движение решётки уменьшает гамма-активность в зрительной коре. При этом оно же вызывает сильное пространственное подавление. Это и позволило учёным сделать вывод, что последнее связано с деятельностью нейронов, посылающих тормозящие сигналы своим "коллегам", определяющим направление. Эти "команды притормозить" уменьшают активность нервных клеток, в том числе и амплитуду вырабатываемого ими гамма-ритма.

Вопросы, ответы, комментарии