В новом исследовании, опубликованном в журнале European Journal of Neuroscience, ученые из Национального центра исследования мозга в Харьяне (National Brain Research Centre in Haryana) изучили нейронные механизмы, которые могут лежать в основе различий в том, как люди воспринимают мультисенсорные стимулы.
Исследование представляет биофизическую модель, которая может связать изменчивость структуры и функции мозга разных людей в работе с задачами, связанными с восприятием.
Актуальность проблемы
В ранних исследованиях, посвященных изучению мультисенсорных способностей человека, был выявлен ряд областей мозга, которые могут быть связаны с обработкой стимулов. Тем не менее, как эти области действительно взаимодействуют друг с другом, остается открытым вопросом, который в настоящее время изучается несколькими исследовательскими группами по всему миру. Один конкретный аспект этого вопроса, который остается неясным, заключается в том, существует ли определенный ритм мозга, при помощи которого возникает связь между этими областями мозга, который может различаться между частым и редким восприятием иллюзии, называемым эффектом Мак-Гурка. Эффект Мак-Гурка возникает, когда люди подвергаются воздействию звука в сочетании со зрительным стимулом, связанным с другим звуком, что может привести к ошибочному восприятию того, что они слышат. Степень, в которой люди обмануты этой иллюзией, может варьироваться, однако нейронные механизмы, лежащие в основе этой изменчивости в восприятии, не совсем ясны.
Цель этого исследования состояла в том, чтобы выявить метрику (нейромаркер), которая отражает межиндивидуальную изменчивость в этой задаче, и дать объяснение этого маркера с помощью реалистичного компьютерного моделирования динамики мозга.
Материалы и методы исследования
Обработка сигналов с использованием математических функций, таких как преобразования Фурье, широко использовалась в прошлых исследованиях электроэнцефалографии (ЭЭГ). Эти методы оказались особенно полезными для определения ритмов, специфичных для определенных областей мозга или частот захвата, через которые 2 области мозга взаимодействуют друг с другом.
У методов ЭЭГ есть ограничение, а именно – они измеряют активность, происходящую в коре головного мозга косвенно и вне мозга, на уровне кожи головы. Следовательно, необходимы усовершенствованные алгоритмы для обнаружения исходных сигналов, что также требует согласования данных со структурными картами мозга, полученными с помощью методов МРТ.
Результаты научной работы
Ученые выдвинули гипотезу, что такие метрики, как глобальная когерентность, может быть полезна для отслеживания динамики координации между большими сетями мозга. Исследователи использовали передовые алгоритмы для прогнозирования метрик на уровне источника для обмена данными между различными областями мозга на основе реалистичного моделирования крупномасштабных сетей мозга. Ученые идентифицировали активацию на уровне источника областей мозга, участвующих в восприятии иллюзий Мак-Гурка, используя методы формирования луча, основанные на радиотелескопе, на данных ЭЭГ, собранных у людей, которым были представлены эти иллюзии, с использованием известного метода, называемого динамической визуализацией корковых источников (DICS). Эта процедура позволила им вычислить сетевые измерения на уровне источника непосредственно из необработанных данных ЭЭГ и впоследствии сравнить предсказания модели нейронной массы с эмпирическими данными динамики координации мозга. В конечном счете, исследователи обнаружили, что восприимчивость участников к иллюзии Мак-Гурка была обратно пропорциональна с конкретными паттернами нейронной активности, а именно с их глобальной когерентностью альфа-диапазона.
Такой метод прогнозирования с помощью массовой модели и валидации по исходным метрикам является новым инструментом, использованным в этом исследовании и никогда не применяемым ранее.
Новая биофизическая модель описывает серию нейронных масс и паттернов функциональной связи между этими массами, которые вызывают крупномасштабную динамику мозговой сети, возникающую в то время, когда человек одновременно воспринимает различные виды сенсорных стимулов (например, слуховой и визуальный). Эти нервные массы фиксируют среднюю активность первичных областей мозга, участвующих в обработке слуховых, зрительных и мультисенсорных стимулов.
Говоря упрощенно, отдельные участки мозга отличались скоростью обработки, поддерживаемой сопоставлением эмпирических данных с животными и анатомическими исследованиями. Конкретные функциональные связи и их комбинации, смоделированные в этой работе, основаны на реалистичных аудиовизуальных (AV), аудио-мультисенсорных (AM) и визуально-мультисенсорных (VM) областях мозга, которые могут воссоздать глобальные изменения в динамике когерентности во время кросс-модального восприятия.
Научная работа может пролить свет на эти механизмы, расширив тем самым современное понимание нейронных механизмов, лежащих в основе индивидуальных различий в восприятии.
Авторы другого исследования утверждают, что билингвы с легкостью воспринимают язык жестов.
