Чтобы понять визуальную сцену, мы отделяем фигуры от фона, назначая границы объектам переднего плана. Этому процессу дано определение «владение границами». В опубликованной статье в журнале eLife ученые постарались на примере приматов определить, как нейроны в зрительной коре кодируют то, какому объекту принадлежит граница, и как области мозга взаимодействуют для интерпретации сенсорной информации и создания общей картины мира. Это исследование может помочь разобраться в психических процессах, связанных с нарушением восприятия.
Ваза Рубина. Credit Jeremy Stockwell / flickr
За основу исследования взята известная оптическая иллюзия, придуманная датским психологом Эдгаром Рубином и получившая название «Ваза Рубина». Ее смысл в том, что при неизменном воздействии изображения на сетчатку мы попеременно видим то вазу, то два обращенных друг к другу лица.
Исследователи предложили несколько идей, связанных с тем, как мозг воспринимает границы визуальной сцены. Одни ученые предполагали, что информация проходит из глаза в мозг, постепенно проникая в более глубокие области, пока мозг не построит картину полностью. Согласно другой гипотезе, важной частью обработки информации служит «обратная связь», когда информация из глубоких слоев обработки вновь возвращается в области ассоциативные, как бы анализируя информацию.
Авторы работы решили проверить эти две гипотезы. В эксперименте приняли участие два самца макаки-резуса (Macaca mulatta) 15 и 13 лет, которые не имели предшествующей экспериментальной истории и содержались в отдельных клетках в комнате для приматов, где обитало до шести животных одного и того же вида.
Хирургическим путем при помощи краниотомии (операция для доступа к мозгу) они ввели в мозг нанозонд и над угловой извилиной вживили записывающую камеру. Затем при помощи онлайн-анализа данных радиочастотного картирования исследователи выбрали положение, размер и цвет исследуемой области. Ученые провели параллели с исследованиями, проведенными профессором Чжоу и др. в 2000 году.
Показаны две кортикальные колонки, каждая из которых реагирует на вертикальные грани в классическом рецептивном поле (cRF), но у них есть противоположные предпочтительные стороны владения границами (обозначено направлением стрелок на единицах в столбцах и символом под каждым столбцом). Такие колонки могут быть, а могут и не быть смежными. Самое раннее проявление избирательности владения границами в глубоких слоях символизируется положением единиц глубокого слоя около левого края колонки. Светло-серые и темно-серые стрелки указывают, куда в первую очередь, вероятно, поступают различные типы информации о стимулах. Credit: Tom P Franken, John H Reynolds / eLife 2021
К каким же заключениям пришли ученые в итоге? По их данным, избирательность «владения границами» изначально не достигается прямым путем. Им удалось установить, что нейроны глубокого слоя вычисляют избирательность «владения границами» значительно раньше, чем нейроны в зернистом слое и в поверхностных слоях. Также исследователи обнаружили, что предпочтение распределяется между слоями мозга столбчатым образом.
Таким образом, оценка границ в мозге происходит путем сравнения активности между нейронами из противоположно настроенных столбцов. Это значительно продвигает наше понимание того, как устроена визуальная система и обработка визуальных стимулов.
Текст: Александра Безродная
Columnar processing in primate visual cortex. Tom P Franken, John H Reynolds. eLife
DOI: 10.7554/eLife.72573
Департамент психологии ВШЭ приглашает желающих принять участие в эксперименте под рабочим названием «Восприятие кино». От вас потребуется смотреть фрагменты фильмов и оценивать их. Это поможет…
Международная группа ученых впервые получила структуру светочувствительного белка-транспортера натрия KR2 в активном состоянии. Это позволило описать механизм переноса ионов натрия через клеточную мембрану под воздействием…
Результаты исследования Национального института глаза в Мэриленде, США, опубликованные в журнале Cell, могут помочь разработать нейропротекторные методы лечения потери зрения при повреждении сетчатки и зрительного нерва. Генная терапия,…
Зрение, безусловно — основной источник информации об окружающем мире. В нормальном зрительном восприятии задействован целый ряд систем. В общем виде это можно представить следующим образом:…
Научная группа Нидерландского института нейронауки (Амстердам) представила свою последнюю разработку – устройство, помогающее слепым людям различать силуэты предметов. Протез был представлен на конференции BCISamara-2018, которую…
Сотрудники химического факультета МГУ совместно с коллегами из Орхусского университета (Дания) установили механизм и определили скорость инициируемой светом реакции для молекулы, отвечающей за возникновение зрительного…
Большинство исследований, предметом которых было развитие зрения, проводились на модельных животных: мышах и рыбках данио рерио. Только вот основное их отличие от человека состоит в…
Многие животные, живущие в кромешной темноте, полностью или частично утрачивают зрение. Однако некоторые глубоководные рыбы пошли по другой стратегии: в их геномах насчитывается необычно много…
Попытки стимуляции зрительной коры для возвращения незрячим людям способности видеть предпринимались уже давно. Но в течение 20 лет все эти попытки были неэффективными. Группе исследователей…
Credit: Brian Liu and Melanie Samuel, Baylor College of Medicine, Houston. На снимке, опубликованном во Flickr-эккаунте NIH, изображены нейронные связи в сетчатке мыши. Колбочки (показаны…