Новое исследование демонстрирует, как мерцающий свет может вызывать галлюцинации, создавая стоячие волны в зрительной коре головного мозга.
Учёные обнаружили, что высокочастотное мерцание света создаёт пульсирующие волны нейронной активности. На более высоких частотах эти волны превращаются в стоячие.
Эти стоячие волны могут объяснить появление геометрических узоров, которые люди часто видят во время галлюцинаций, вызванных мерцанием. Хотя точный механизм ещё не до конца изучен, это исследование предоставляет первые убедительные доказательства того, как мозговые волны способствуют возникновению зрительных галлюцинаций.
Представьте, что вы сидите в автобусе или поезде с закрытыми глазами. Солнечный свет, проникающий сквозь листву деревьев, внезапно наполняет ваш разум причудливыми и калейдоскопическими образами, которые кажутся галлюцинаторными.
Именно это пережил Брайон Гайсин (Brion Gysin) во время своей поездки в Марсель в конце 1960-х. Учёные знали, что мигающий свет может вызывать галлюцинации.
Стробоскопический свет знаком многим по дискотекам и используется в нейробиологических исследованиях уже более двухсот лет.
В 1819 году Ян Пуркинье (Jan Purkinje), известный нейробиолог, открыл, что яркие вспышки света, которые охватывают всё поле зрения, могут вызывать в нашем мозге спонтанное восприятие геометрических узоров и изображений.
Стимуляцию мерцающим светом в научном сообществе заимствовали представители андеграунда 1960-х годов — битники. Они искали необычные переживания и создавали собственные стробоскопы, способные вызывать яркие галлюцинации без применения наркотических веществ.
И учёные, и художники с интересом исследовали, как стробоскопический свет может создавать яркие образы, которых на самом деле нет. Как же возникают галлюцинации, вызванные миганием?
Дело в том, что когда мы видим быстро сменяющиеся изображения, наш мозг пытается объединить их в одно целое. Если изображения мерцают с определённой частотой, наш мозг может начать воспринимать их как непрерывное движение. Это явление называется «эффектом стробоскопа».
Таким образом, когда мы видим мерцающий свет, наш мозг может интерпретировать его как движение или изменение, которого на самом деле нет. Это может привести к возникновению галлюцинаций или искажённому восприятию реальности.
Математики предположили, что галлюцинаторные паттерны могут быть результатом стоячих волн или полосатых узоров нейронной активности в зрительной коре. Эти полосатые узоры определяют то, что мы воспринимаем: вертушку, яблочко или вращающуюся спираль, в зависимости от направления узоров, которое задаёт специфическая схема нашей зрительной системы. Волны бывают разных типов: бегущие и стоячие.
Волны могут быть двух видов: бегущие и стоячие. Бегущие волны напоминают рябь, которая расходится от капли дождя, упавшей в тихий пруд. Стоячие волны возникают, когда два человека, держась за скакалку с разных концов, синхронно её встряхивают. В результате возникает узор волн, движущихся вверх и вниз.
Есть ли доказательства того, что в нашем мозге могут возникать стоячие волны?
Волны в мозгу мыши
Чтобы изучить это явление, Раса Гульбинайте и её коллеги исследовали формирование паттернов стоячих волн в мозге мышей. Как объясняет Раса Гульбинайте (Rasa Gulbinaite), она изучает мозговые волны и то, как ритмы нашего мозга реагируют на ритмичный свет, звуки и прикосновения.
«Это сложно измерить у людей, потому что наш мозг имеет извилины, и то, что происходит в глубине, не всегда соответствует тому, что мы можем увидеть на поверхности».
У мышей мозг плоский, поэтому нам проще составить карту активности на его поверхности. В наших экспериментах мы воздействовали на мышей мерцающим светом. Эти мыши были генетически модифицированы, и мы добавили флуоресцентную метку к определённым нейронам.
«В моменты активности эти нейроны начинали светиться, и мы могли наблюдать за активностью мозга. Для этого мы использовали высокоскоростную камеру и делали снимки мозга животных, когда они смотрели на мигающий свет».
Рябь в пруду
«Когда мы стимулируем определённую точку в поле зрения, мы предполагаем увидеть активность в соответствующей области зрительной коры, которая ответственна за эту точку. И это действительно так».
Однако мы также заметили, что от стимулируемого места по зрительной коре распространяются волны нейронной активности.
Эти волны были похожи на рябь, которую оставляет капля дождя, упавшая в пруд. Когда капли дождя падают равномерно, их рябь распространяется, отражается от берегов, пересекается и может создавать узоры, напоминающие стоячие волны.
В некоторых местах поверхность пруда кажется неподвижной, в то время как в других она движется с максимальной амплитудой. Это же произошло и в нашем эксперименте, когда мы использовали стробоскопический свет с более высокой частотой.
Бегущие волны преобразовались в стоячие волны: одни области зрительной коры стали более активными, а другие, наоборот, менее активными.
Наши результаты подтверждают ранее выдвинутую гипотезу о том, что мигающий свет может вызывать появление стоячих волн в зрительной коре.
К сожалению, мы не можем точно сказать, видели ли мыши галлюцинации в виде геометрических узоров, поскольку не можем спросить их об этом. Это самая сложная часть нашего исследования.
Есть основания предполагать, что причиной галлюцинаций, возникающих из-за мерцания света, могут быть стоячие волны. Люди сообщают, что чем выше частота мерцания, тем более сложные галлюцинаторные образы они видят.
Учёные также наблюдали подобное явление в мозге мышей: по мере увеличения частоты в зрительной коре появлялись более тонкие паттерны.
«Мы ещё не пришли к окончательному выводу, но сейчас впервые демонстрируем убедительные доказательства».
Литература.
“Spatiotemporal resonance in mouse primary visual cortex” by Rasa Gulbinaite et al. Current Biology
