Фото: Unsplash. Автор: Robina Weermeijer
В морозный зимний день, когда снежинки кружатся перед глазами, почему мы легко различаем лицо приближающегося друга среди хаоса белых хлопьев? Ответ на этот и другие вопросы о работе мозга обнаружили ученые из Технологического института Джорджии, раскрыв тайны особого нейронного механизма.
Исследователи подробно изучили процесс «латерального торможения» – удивительный феномен, при котором определенные нейроны подавляют активность соседних клеток. Этот механизм можно сравнить с работой опытного художника, который делает контуры рисунка более темными, чтобы четче обозначить границы между объектами.
По словам руководителя исследования, зрительная система не только выделяет важные элементы, но и активно подавляет ненужную информацию на заднем плане. Эта способность фильтровать отвлекающие факторы оказывается жизненно необходимой для нормального функционирования мозга. Понимание подобных механизмов может пролить свет на причины, по которым людям с некоторыми неврологическими особенностями сложно отфильтровывать посторонние раздражители.
Примечательно, что данное открытие может существенно повлиять на разработку искусственного интеллекта. В то время как современные системы искусственного интеллекта относятся ко всем вычислительным единицам одинаково, человеческий мозг, как выяснилось, давно научился назначать специализированные вычислительные роли разным типам нейронов.
В работе принимала участие междисциплинарная команда специалистов. Главным автором исследования выступил аспирант лаборатории, а преподаватель кафедры математики со своей исследовательской группой построила вычислительные модели для проверки биологических гипотез.
Научная группа сосредоточилась на изучении двух типов тормозных нейронов в зрительной коре: парвальбуминовых и соматостатиновых. Используя оптогенетику – технологию, позволяющую контролировать клеточную активность с помощью света – ученые активировали эти нейроны в зрительной коре мышей.
Результаты оказались удивительными: разные типы тормозных нейронов выполняют различные математические вычисления для достижения подавления зрительного поля. При активации парвальбуминовых нейронов чувствительность к визуальному контрасту равномерно снижалась, подобно уменьшению яркости на мониторе компьютера. Активация же соматостатиновых нейронов приводила к более тонким изменениям, меняя наклон кривой чувствительности к контрасту. По сути, соматостатиновые нейроны тонко настраивают восприятие контраста, сильнее уменьшая лишние, ненужные сигналы.
Механизм латерального торможения действует не только в зрительной системе, но предположительно и в других органах чувств, таких как слух и осязание. По мере того как ученые развивают более глубокое понимание фильтрации сенсорной информации мозгом, они могут открыть новые способы улучшения или восстановления нашего сенсорного опыта.
Представьте себе многолюдный вокзал, где сквозь гул голосов, объявления громкоговорителя и шум прибывающих поездов вы безошибочно улавливаете голос, зовущий именно вас. Или концерт классической музыки, на котором вы можете следить за мелодией отдельной скрипки среди целого оркестра. Всем этим мы обязаны тончайшей настройке нейронных сетей, десятилетиями оттачиваемой эволюцией.
Сегодняшнее открытие – лишь маленькое окно в бесконечно сложный мир нашего мозга, где миллиарды нейронов ежесекундно решают, какую информацию пропустить в сознание, а какую – отсеять как несущественную. Подобно искусному редактору, который безжалостно вычеркивает лишние слова из текста, оставляя только самую суть, наш мозг непрерывно фильтрует сенсорный шквал, позволяя нам жить в мире, не сходя с ума от избытка информации.
В следующий раз, когда вы с легкостью найдете нужное лицо в толпе или различите шепот любимого человека в шумном кафе, вспомните о маленьких героях вашего мозга – тормозных нейронах, непрерывно работающих над тем, чтобы показать вам только действительно важное в этом многогранном мире.
