Биология

Чтобы понять, как именно мозг объединяет разные сенсорные сигналы, ученые проверили реакцию добровольцев на простые визуальные и слуховые стимулы, отслеживая изменения в движении точек на экране и в звуковых сигналах с помощью ЭЭГ. Результаты показали, что за обработку информации ответственны разные процессы, которые «сходятся» в едином механизме в решающий момент.

Авторы новой научной работы, опубликованной в журнале Nature Human Behaviour, предоставили конкретное описание нейронной архитектуры, которая лежит в основе принятия многосенсорных решений. Первые эксперименты, проверяющие, как мозг интегрирует сигналы, поступающие от разных органов чувств, начали проводить в 2000-х годах. Понимание фундаментальных механизмов, управляющих простыми реакциями особенно важно, поскольку может помочь в диагностике и терапии нарушений, связанных с восприятием и вниманием.

Международная исследовательская группа под руководством Саймона Келли (Simon P. Kelly) из Университетского колледжа Дублина (Ирландия), попросила 43 добровольцев принять участие в эксперименте, разделив их на две группы. Все испытуемые следили за движущимися точками на экране и одновременно слушали серию звуковых сигналов. Как только они замечали изменения — визуальные, слуховые или комбинированные, — нажимали кнопку.

В это время ученые отслеживали процессы накопления информации в мозге с помощью электроэнцефалографии (ЭЭГ) — неинвазивного метода исследования функционального состояния головного мозга путем регистрации биоэлектрической активности. Интерпретируя результаты, исследователи сосредоточились на характерном ЭЭГ-сигнале (центропариетальная активность), который отражает постепенное накопление информации в мозге до принятия решения.

Анализ показал, что зрительные и слуховые стимулы вызывали разные амплитуды сигнала, что указывает на существование раздельных механизмов накопления данных. Финальный «порог» для запуска моторного ответа при этом оказался общим: независимо от того, какая модальность срабатывала, сигнал поступал в моторную систему, которая «принимала» решение о движении.

Для проверки результатов нейробиологи построили вычислительные компьютерные модели. В одной из них зрительные и слуховые процессы соревновались друг с другом за право первым достичь «порога» активации. В другой — суммировались и вместе влияли на моторный центр. Однако решающим оказался дополнительный сценарий с введением небольшой задержки между зрительными и слуховыми стимулами: такая модель интеграции точно описывала полученные результаты.

Таким образом авторы научной работы заключили, что слух и зрение действительно обрабатываются по разным «каналам», объединяясь в решающий момент. Результаты не только отвечают на фундаментальный вопрос о том, как мозг обрабатывает сигналы, поступающие из разных сенсорных систем, но и открывают путь к диагностике нарушений, часто встречающихся при расстройствах аутистического спектра, шизофрении и других неврологических состояниях.