Визуальная информация поступает в мозг через сетчатку, зрительная кора преобразует сенсорный сигнал в соответствующее представление.
Нейробиологи давно считали основной задачей части зрительной коры, которая называется нижневисочной, распознавание объектов, но у них было недостаточно доказательств для окончательного вывода.
В новом исследовании, опубликованном в журнале Neuron, нейробиологи из Массачусетского технологического института нашли доказательство, что нижневисочная кора необходима для визуального распознавания объектов. Также стало известно, что разные участки этой области ответственны за распознавание различных объектов.
Также исследователи разработали компьютерные модели, описывающие то, как нейроны нижневисочной коры трансформируют визуальный сигнал в ментальное представление объекта. Учёные надеются, что подобные модели помогут в разработке интерфейсов типа мозг-машина, которые можно будет использовать для генерирования изображений в сознании слепого человека.
Нижневисочная кора также содержит «очаги» нейронов, отвечающие преимущественно за лица. В начале 1960-х нейробиологи выявили, что поражение нижневисочной коры может привести к ухудшению в распознавании объектов, не являющихся лицами. Но ранее было тяжело определить более точно, насколько важна нижневисочная кора для этой задачи.
В новом исследовании экспериментаторы выборочно отключали нейронную активность на очень маленьких участках коры мозга мышей и потом измеряли, насколько сбой повлиял на выполнение задачи по распознаванию объектов. Животных предварительно натренировали распознавать такие объекты как изображения слонов, медведей, стульев, впоследствии мышам вводили препарат под названием мусцимол, временно отключающий участок области мозга размером 2 миллиметра в диаметре. Каждый из этих участков представлял собой около 5% от всей нижневисочной коры.
Это первый случай, когда у учёных получилось остановить работу настолько небольших областей нижневисочной коры и при этом зафиксировать поведение по отношению к множеству распознаваемых объектов. Это выявило не только роль всей области в различении объектов, но и то, что в ней есть небольшие участки, отвечающие за различные элементы распознавания объекта.
Исследователи выявили, что отключение каждого из этих небольших участков повлияла на ухудшение способности животных различать некоторые объекты. Например, один из участков области мог быть вовлечён в отличение стульев от машин, но не стульев от собак. Каждый участок был на 25—30% вовлечён в выполнение задачи, которая тестировалась. Функции участков, находившихся ближе друг к другу, имели тенденцию пересекаться, а находящиеся далеко друг от друга почти не пересекались по функциям.
«Мы представляем это в виде моря нейронов, перемешанных между собой, исключая очаги, ответственные за распознавание лиц. Но мы выявили, как указывали многие другие исследования, высокоуровневую организацию, присущую всей этой области», — говорит Риши Раджалингам (Rishi Rajalingham), ведущий автор исследования.
То, каким образом каждая из частей исследуемой области реагирует зрительные образы, сложно классифицировать, говорят исследователи. Участки не являются специфическими для таких объектов как, например, собаки; описать визуальные свойства в виде графиков сложно.
«Мы наблюдали отсутствие способности распознавать машины, но неверно утверждать, что отключенный нами нейрон отвечает за распознавание машин, — говорит Раджалингам. — Клетка отвечает за качество, которое мы не можем объяснить, но которое необходимо для определения машины. Не только в нашей лаборатории проводилась работа, позволяющая предположить, что нейроны реагируют на сложные нелинейные особенности сигнала изображения. Вы не можете определить, кривая это или прямая линия, а, может, лицо. Это визуальное свойство, полезное для выполнения частной задачи».
Экспериментальные результаты согласованы с компьютерной моделью, которую Раджалингам и его коллеги из лаборатории создали, чтобы попробовать объяснить, как нейроны нижневисочной коры ведут к специфическому поведению.
Исследователи планируют уточнять модель, внедряя новые экспериментальные данные, в надежде на то, что впоследствии они смогут найти способ порождать визуальные ощущения в мозге людей, запуская активность нейронов в особой последовательности. Технология может привести к открытию новых способов помочь слепым людям видеть некоторые объекты.
Подготовка материала: Лина Медведева