Сложно спорить с тем, что еда имеет особенное значение в нашей культуре. Ароматная и зажаристая картошка фри, бургер с пузатой котлетой в мягкой свежей булочке, сочный говяжий стейк или шарик мороженого, растекающийся по теплому яблочному штруделю – оказывается, когда вы смотрите на любое из этих блюд, в височной коре вашего мозга «зажигается» особая популяция нейронов, аналогичная популяциям, которые реагируют на лица или конкретные слова. К этому выводу пришли американские ученые, обработав данные реакций мозга на более чем 10 тысяч доступных изображений. Подробности – в журнале Current Biology.
Credit: Jose-Luis Olivares, MIT
Особые подгруппы нейронов, реагирующие на лица (FFA – fusiform face area), или «нейроны мест» в теменной коре и «нейроны слов», разбросанные по серому веществу – все эти группы клеток были найдены за последние 30 лет в ходе прицельных поисков. Тем не менее исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) отмечают, что этот подход позволяет лишь подтверждать гипотезы, но не находить то, что и в голову не пришло бы искать. Поэтому чтобы фундаментально изучить функционирование вентрального зрительного потока (идет от зрительной к височной коре), они воспользовались масштабным набором данных функциональной МРТ (фМРТ), полученных от восьми испытуемых, просмотревших более 10 000 изображений.
Вентральный зрительный путь – часть постобработки зрительной информации на этапе ее распознавания, согласно гипотезе двух потоков, появившейся в 1992 году. Его еще называют «путь “что”». Аксоны нейронов зрительной коры ведут к медиальной височной доле, которая отвечает за распознавание и идентификацию объектов. Второй путь, дорсальный зрительный, аналогично следует в теменную кору и называется «путь “где”», отвечая за определение положения и перемещения тел в пространстве.
«Мы хотели изучить, какие виды избирательной активности могут проявиться, если мы применим стратегию, основанную на данных и не основанную на гипотезах. И будут ли согласоваться эти данные с тем, что было обнаружено ранее. Вторая цель состояла в том, чтобы посмотреть, сможем ли мы обнаружить новые виды селективности, которые либо не были описаны ранее, либо не проявлялись из-за более низкого пространственного разрешения данных фМРТ», — говорят исследователи.
Они применили математический алгоритм, настроенный на тонкий анализ данных фМРТ по вокселям – трехмерным единицам, соответствующим кубу размером 1х1х1 мм мозговой ткани. Несмотря на то что в каждом вокселе находятся сотни тысяч нейронов, лаборатория Нэнси Канвишер (Nancy Kanwisher), профессора когнитивных нейронаук из Института исследований мозга Макговерна MIT, создала и уже успешно протестировала на слуховой коре алгоритм, который позволяет селективно отделить реакции отдельных нейронных популяций в каждом вокселе данных фМРТ.
Этот подход позволил ученым идентифицировать четыре нейронных популяции, которые соответствовали ранее выявленным кластерам, реагирующим на лица, места, тела и слова. То есть они не только подтвердили то, что метод работает, но и продемонстрировали основные, доминирующие свойства вентрального зрительного пути – идентификацию конкретных объектов. Однако в процессе поисков выявилась и пятая популяция, которая оказалась избирательной по отношению к фотографиям еды, вне зависимости от ее вариаций.
Специфичную для пищи популяцию исследователи назвали вентральным пищевым компонентом (VFC). Этот компонент распределен по двум кластерам нейронов, расположенных по обе стороны от FFA. Ученые предполагают, что именно это соседство не позволяло ранее, при более низком разрешении, идентифицировать гораздо более «скромную» пищевую популяцию нейронов на фоне внушительной зоны распознавания лиц.
Но гораздо более интересный вопрос – как вентральный пищевой компонент умудряется идентифицировать все то разнообразие продуктов питания, которое доступно в мире, и не «перепутать» похожие предметы. В качестве попытки ответить на этот вопрос и прогнозирования реакций VFC исследователи разработали алгоритм и вычислительную модель VFC, аналогичную той, которая была создана ранее для того, чтобы изучать процессы распознавания лиц и мест в мозге.
Модели, обученной на миллионах изображений, предлагалось отличать похожие съедобные и несъедобные объекты – например, банан и желтый полумесяц. Эта симуляция позволила подтвердить, что VFC обладает высокой избирательностью в отношении изображений именно съедобных продуктов питания.
Еще одна интересная деталь, которую обнаружили исследователи, анализируя данные фМРТ, касалась того, что у некоторых испытуемых VFC немного больше реагировал на обработанные продукты (например, на пиццу), чем на необработанные (яблоки). В будущем они надеются изучить то, как факторы типа любви или нелюбви к определенной пище могут повлиять на реакцию людей на эту пищу.
Кроме того, так же важно понять, когда и каким образом эта область специализируется в раннем детстве и с каким областями мозга «сотрудничает». Интересно и то, существует ли подобная популяция нейронов у других животных, для которых еда не имеет такого большого культурного значения, как для людей.
Текст: Анна Хоружая
A highly selective response to food in human visual cortex revealed by hypothesis-free voxel decomposition by Meenakshi Khosla et al. in Current Biology. Published August 2022. https://doi.org/10.1016/j.cub.2022.08.009
