Нейробиологи разработали строгий экспериментальный протокол, чтобы выяснить, как мозг конструирует картину мира в области слепого пятна сетчатки. Это поможет формально проверить и сравнить предсказания трех популярных теорий сознания.
Природа сознания остается одной из самых сложных проблем современной науки. Несмотря на десятилетия работы, нейрофизиологи и философы не пришли к единой модели, которая объясняла бы субъективный опыт. Существует множество концепций: от теории функциональных систем П. К. Анохина до теории глобального рабочего пространства Бернарда Баарса. Однако большинство гипотез трудно проверить экспериментально, так как они оперируют абстрактными понятиями. Отсутствие эмпирических доказательств позволяет одновременно существовать десяткам противоречащих друг другу идей.
Чтобы преодолеть этот тупик, ученые выбрали три современные теории и создали условия, в которых они дают взаимоисключающие прогнозы. Результаты разработки протокола опубликовали в журнале PLOS One.
В центре внимания оказались теория интегрированной информации (IIT), а также две ветви теории прогностической обработки — активный вывод (AI) и нейрорепрезентализм (NREP). «Полигоном» для битвы идей стало слепое пятно — область сетчатки, где нет фоторецепторов из-за выхода зрительного нерва.
Выбор слепого пятна неслучаен. Наука до сих пор не имеет однозначного ответа, как именно мозг справляется с этой «дырой» в зрительном поле. Либо нейронные сети полностью компенсируют отсутствие данных, достраивая идеальную картинку, либо в восприятии пространства возникают искажения, которые человек просто не замечает. Разные теории сознания объясняют этот процесс по-разному.
Авторы научной работы предложили серию из трех психофизических задач, которые должны выполнить по 32 участника в каждом тесте. Чтобы изолировать эффекты восприятия, исследователи применили дихоптическую презентацию стимулов с помощью цветных очков. Эта техника позволяет показывать изображение одному глазу, в то время как другой глаз видит только метку слепого пятна. За точностью фиксации взгляда следит высокоскоростной айтрекер: если глаз смещается более чем на два градуса, система отменяет попытку, чтобы исключить попадание картинки на чувствительную зону сетчатки.
Во время тестов добровольцы будут оценивать расстояние между двумя парами точек, сравнивать размеры кругов и определять кривизну траектории движения объекта. Стимулы будут появляться либо непосредственно в проекции слепого пятна, либо в симметричной зоне с нормальным зрением. Сравнение ответов позволит математически вычислить величину искажения восприятия и точность суждений для каждого случая.
Суть эксперимента заключается в фундаментальных различиях архитектуры проверяемых теорий. Теория интегрированной информации (IIT) связывает сознание с причинно-следственной физической структурой нейронных связей. Поскольку в зоне слепого пятна отсутствует входящий сигнал от сетчатки, эта теория предсказывает неизбежное искажение пространства. Согласно IIT, расстояние между точками, проходящее через слепую зону, должно казаться короче, а объекты — меньше.
Напротив, теории прогностической обработки (AI и NREP) исходят из того, что мозг работает как машина предсказаний. Он строит внутреннюю модель мира и постоянно обновляет ее, чтобы минимизировать ошибки. Сторонники этих взглядов полагают, что внутренние модели мозга успешно компенсируют анатомический дефект.
Компьютерная симуляция, которую провели ученые, подтвердила это различие: модели AI и NREP прогнозируют, что искажения пространства будут нулевыми или минимальными. Возможно лишь незначительное снижение точности (рост «шума» в данных), но не систематическое смещение, как в случае с IIT.
Однако протокол уже на стадии разработки имеет очевидные слабые места. Сами авторы исследования признали, что интерпретация будущих результатов может оказаться сложнее, чем предполагает моделирование. Проверяемые теории предсказывают лишь направление эффекта (будет искажение или нет), но не его точную величину. Это оставляет пространство для спекуляций.
Кроме того, существует риск получить данные, которые не впишутся ни в одну из моделей. Например, если в зоне слепого пятна объекты будут казаться больше, а не меньше, или если искажения проявятся непредсказуемым образом.
Самое главное: неясно, что стало преградой для авторов самим провести эксперимент в рамках одной научной публикации, а не «растягивать» на серию. В любом случае ждем теперь проверки этого протокола на практике, хотя вероятность, что в попытке обобщить, ученые ухватились за еще один частный случай, кажется, велика.
Автор: Илья Гриднев