Kas see on tõeline või väljamõeldud? Kuidas teie aju vahet ütleb. | Ajakiri Quanta

Kas see on tõeline elu? Kas see on lihtsalt fantaasia?

Need ei ole ainult sõnad Queeni laulust "Bohemian Rhapsody". Need on ka küsimused, millele aju peab pidevalt vastama, töödeldes silmade visuaalsete signaalide vooge ja kujutlusvõimest pulbitsevaid puhtalt vaimseid pilte. Ajuskaneerimise uuringud on korduvalt leidnud, et millegi nägemine ja selle kujutlemine kutsuvad esile väga sarnased närvitegevuse mustrid. Kuid enamiku meist on nende tekitatud subjektiivsed kogemused väga erinevad.

"Ma võin praegu oma aknast välja vaadata ja kui ma tahan, siis kujutan ette ükssarvikut, kes kõnnib tänaval," ütles Thomas Naselaris, Minnesota ülikooli dotsent. Tänav tunduks tõeline ja ükssarvik mitte. "See on mulle väga selge," ütles ta. Vaevalt mängib selles kaasa teadmine, et ükssarved on müütilised: lihtne kujutletav valge hobune näiks sama ebareaalne.

Nii et "miks me pidevalt ei hallutsineeri?" küsis Nadine Dijkstra, Londoni ülikooli kolledži järeldoktor. Tema juhitud uuring, mis avaldati hiljuti aastal Nature Communications, annab intrigeeriva vastuse: aju hindab töödeldavaid pilte reaalsusläve alusel. Kui signaal ületab läve, arvab aju, et see on tõeline; kui seda ei juhtu, arvab aju, et see on ette kujutatud.

Selline süsteem töötab enamasti hästi, kuna kujutletud signaalid on tavaliselt nõrgad. Kuid kui kujutletud signaal on läve ületamiseks piisavalt tugev, võtab aju selle tegelikkusena.

Kuigi aju on väga pädev meie mõtetes olevaid pilte hindama, näib, et "selline reaalsuse kontrollimine on tõsine võitlus," ütles Lars Muckli, Glasgow ülikooli visuaalsete ja kognitiivsete neuroteaduste professor. Uued leiud tõstatavad küsimusi, kas selle süsteemi variatsioonid või muutused võivad põhjustada hallutsinatsioone, invasiivseid mõtteid või isegi unenägusid.

"Nad on minu arvates teinud suurepärast tööd, et lahendada probleem, mille üle filosoofid on sajandeid vaielnud, ning määratleda prognoositavate tulemustega mudelid ja neid katsetada," ütles Naselaris.

Kui tajud ja kujutlusvõime segunevad

Dijkstra kujutluspiltide uurimus sündis Covid-19 pandeemia algusaegadel, kui karantiinid ja sulgemised katkestasid tema plaanitud töö. Igavledes hakkas ta läbi lugema kujutlusvõimet käsitlevat teaduskirjandust – ja veetis seejärel tunde, otsides pabereid ajalooliste aruannete leidmiseks, kuidas teadlased sellist abstraktset kontseptsiooni katsetasid. Nii jõudis ta 1910. aasta uuringuni, mille viis läbi psühholoog Mary Cheves West Perky.

Perky palus osalejatel tühja seina vahtides puuvilju kujutada. Kui nad seda tegid, projitseeris ta salaja seinale nende puuviljade äärmiselt nõrgad kujutised – nii nõrgad, et olid vaevu nähtavad – ja küsis osalejatelt, kas nad midagi nägid. Ükski neist ei arvanud, et nägi midagi reaalset, kuigi nad kommenteerisid, kui ergas nende kujutletud pilt tundus. "Kui ma poleks teadnud, et kujutan ette, oleksin pidanud seda tõeliseks," ütles üks osaleja.

Perky järeldus oli, et kui meie arusaam millestki ühtib sellega, mida me teame, et kujutame ette, siis eeldame, et see on kujuteldav. Lõpuks hakati seda psühholoogias nimetama Perky efektiks. "See on tohutu klassika," ütles Bence Nanay, Antwerpeni ülikooli filosoofilise psühholoogia professor. Kujunditest kirjutades muutus omamoodi "kohustuslikuks asjaks öelda oma kaks senti Perky eksperimendi kohta".

1970. aastatel äratas psühholoogiauurija Sydney Joelson Segal huvi Perky töö vastu, ajakohastades ja muutes eksperimenti. Ühes järeluuringus palus Segal osalejatel ette kujutada midagi, näiteks New Yorgi siluetti, samal ajal kui ta projitseerib seinale nõrgalt midagi muud – näiteks tomatit. Osalejad nägid segu väljamõeldud pildist ja tegelikust pildist, näiteks New Yorgi siluetist päikeseloojangul. Segali leiud näitasid, et taju ja kujutlusvõime võivad mõnikord "sõna otseses mõttes seguneda", ütles Nanay.

Kõik uuringud, mille eesmärk oli Perky leide korrata, ei õnnestunud. Mõned neist hõlmasid osalejate korduvaid katseid, mis muutsid tulemused: kui inimesed teavad, mida proovite testida, kipuvad nad muutma oma vastuseid nende arvates õigeks, ütles Naselaris.

Nii Dijkstra juhatusel Steve Fleming, Londoni ülikooli kolledži metakognitsiooni ekspert, koostas katsest moodsa versiooni, mis vältis probleemi. Uuringus osalejatel ei olnud kunagi võimalust oma vastuseid muuta, kuna neid testiti ainult üks kord. Töös modelleeriti ja uuriti Perky efekti ja veel kahte konkureerivat hüpoteesi selle kohta, kuidas aju reaalsust ja kujutlusvõimet eristab.

Hindamisvõrgustikud

Üks neist alternatiivsetest hüpoteesidest ütleb, et aju kasutab samu võrke reaalsuse ja kujutlusvõime jaoks, kuid funktsionaalsete magnetresonantstomograafia (fMRI) aju skaneeringud ei ole piisavalt kõrge eraldusvõimega, et neuroteadlased saaksid märgata võrkude kasutamise erinevusi. Üks Muckli uurimustest, näiteks viitab sellele, et aju visuaalses ajukoores, mis töötleb pilte, on kujutluskogemused kodeeritud pealiskaudsemasse kihti kui tegelikud kogemused.

Funktsionaalse ajukuvamise abil "pigistame silmi," ütles Muckli. Igas ajuskaneerimise piksli ekvivalendis on umbes 1,000 neuronit ja me ei näe, mida igaüks neist teeb.

Teine hüpotees, uuringutega soovitatud eesotsas Joel Pearson Uus-Lõuna-Walesi ülikoolis on see, et samad rajad ajus kodeerivad nii kujutlusvõimet kui ka taju, kuid kujutlusvõime on lihtsalt nõrgem tajuvorm.

Pandeemia sulgemise ajal värbasid Dijkstra ja Fleming veebiuuringuks. Neljasajal osalejal paluti vaadata staatilise vooluga täidetud kujutiste seeriat ja kujutada ette diagonaaljooni, mis kalduvad läbi nende paremale või vasakule. Iga katse vahel paluti neil hinnata kujutiste erksust skaalal 1–5. Osalejad ei teadnud, et viimases katses tõstsid teadlased aeglaselt diagonaaljoonte nõrga projitseeritud kujutise intensiivsust. kallutatud kas selles suunas, mida osalejatel kästi ette kujutada, või vastupidises suunas. Seejärel küsisid teadlased osalejatelt, kas see, mida nad nägid, oli tõeline või kujutletud.

Dijkstra eeldas, et ta leiab ülemeeliku efekti – et kui kujutletud kujutis ühtib projitseeritud kujutisega, näevad osalejad projektsiooni oma kujutlusvõime produktina. Selle asemel arvasid osalejad palju tõenäolisemalt, et pilt oli tõesti olemas.

Ometi oli nendes tulemustes vähemalt Perky efekti kaja: osalejad, kes arvasid, et pilt on seal, nägid seda elavamalt kui osalejad, kes arvasid, et see oli kõik nende kujutlusvõime.

Teises katses ei esitanud Dijkstra ja tema meeskond viimase katse ajal pilti. Kuid tulemus oli sama: inimesed, kes hindasid seda, mida nad nägid elavamaks, hindasid tõenäolisemalt ka tõeliseks.

Vaatlused viitavad sellele, et kujutluspildid meie vaimusilmas ja reaalsed tajutavad pildid maailmas segunevad, ütles Dijkstra. "Kui see segatud signaal on piisavalt tugev või elav, arvame, et see peegeldab tegelikkust." Ta arvab, et on tõenäoline, et on mingi lävi, millest kõrgemal visuaalsed signaalid aju jaoks tõelistena tunduvad ja millest allpool neid kujutletuna tunduvad. Kuid võiks olla ka järkjärgulisem järjepidevus.

Et teada saada, mis ajus toimub, püüdes eristada reaalsust kujutlusvõimest, analüüsisid teadlased uuesti ajuskaneeringut eelmisest uuringust, milles 35 osalejat kujutasid elavalt ette ja tajusid erinevaid pilte alates kastekannidest kuni kukkedeni.

Kooskõlas teiste uuringutega leidsid nad, et kahe stsenaariumi visuaalse ajukoore aktiivsusmustrid olid väga sarnased. "Elav kujutluspilt sarnaneb rohkem tajuga, kuid see, kas nõrk taju on rohkem kujutluspilt, on vähem selge," ütles Dijkstra. Oli vihjeid, et nõrga pildi vaatamine võib tekitada kujutlusvõimega sarnase mustri, kuid erinevused ei olnud märkimisväärsed ja neid tuleb täiendavalt uurida.

Selge on see, et aju peab suutma täpselt reguleerida, kui tugev on vaimne pilt, et vältida segiajamist fantaasia ja reaalsuse vahel. "Ajul on see tõeliselt hoolikas tasakaalustus, mida ta peab sooritama," ütles Naselaris. "Mingis mõttes tõlgendab see vaimseid kujundeid sama sõna-sõnalt kui visuaalseid kujutlusi."

Nad leidsid, et signaali tugevust saab lugeda või reguleerida eesmises ajukoores, mis analüüsib emotsioone ja mälestusi (muude ülesannete hulgas). Kuid pole veel selge, mis määrab vaimse pildi erksuse või erinevuse kujutise signaali tugevuse ja reaalsusläve vahel. See võib olla neurotransmitter, muutused neuronaalsetes ühendustes või midagi täiesti erinevat, ütles Naselaris.

See võib olla isegi erinev, tuvastamata neuronite alamhulk, mis määrab reaalsusläve ja määrab, kas signaal tuleks suunata kujutletud kujutiste rajale või tõeliselt tajutud kujutiste rajale – leid, mis seoks esimese ja kolmanda hüpoteesi kenasti kokku. , ütles Muckli.

Kuigi leiud erinevad tema enda tulemustest, mis toetavad esimest hüpoteesi, meeldib Mucklile nende mõttekäik. See on "põnev paber," ütles ta. See on "intrigeeriv järeldus".

Kuid kujutlusvõime on protsess, mis hõlmab palju enamat kui lihtsalt mõne rea vaatamist mürarikkal taustal, ütles Peeter Tse, Dartmouthi kolledži kognitiivse neuroteaduse professor. Tema sõnul on kujutlusvõime võime vaadata, mis teie kapis on, ja otsustada, mida õhtusöögiks valmistada, või (kui olete vennad Wrightid) võtta propeller, kleepida see tiiva külge ja ette kujutada, et see lendab.

Erinevused Perky ja Dijkstra leidude vahel võivad tuleneda täielikult nende protseduuride erinevustest. Kuid need vihjavad ka teisele võimalusele: võime tajuda maailma teisiti kui meie esivanemad.

Dijkstra ütles, et tema uuring ei keskendunud usule kujutise reaalsusesse, vaid käsitles rohkem reaalsuse tundmist. Autorid oletavad, et kuna projitseeritud pildid, videod ja muud reaalsuse esitused on 21. sajandil tavalised, võis meie aju õppida reaalsust hindama veidi teisiti kui inimesed seda tegid vaid sajand tagasi.

Kuigi selles eksperimendis osalejad "ei oodanud midagi näha, on see siiski oodatum kui siis, kui elate aastal 1910 ja te pole kunagi oma elus projektorit näinud," ütles Dijkstra. Seetõttu on praegune tegelikkuse lävi tõenäoliselt palju madalam kui minevikus, nii et läve ületamiseks ja aju segadusse ajamiseks võib vaja minna kujutletud kujutist, mis on palju elavam.

Hallutsinatsioonide alus

Tulemused tekitavad küsimusi selle kohta, kas mehhanism võib olla asjakohane paljudes tingimustes, kus kujutlusvõime ja taju erinevus lahustub. Dijkstra oletab näiteks, et kui inimesed hakkavad magama vajuma ja reaalsus hakkab unenäomaailmaga segunema, võib nende reaalsuslävi langeda. Dijkstra ütles, et sellistes tingimustes nagu skisofreenia, kus esineb "üldine tegelikkuse lagunemine", võib tekkida kalibreerimisprobleem.

"Psühhoosi puhul võib juhtuda, et nende kujutised on nii head, et need lihtsalt saavutavad selle läve, või võib juhtuda, et nende lävi on väljas," ütles ta. Karolina Lempert, Adelphi ülikooli psühholoogia abiprofessor, kes ei osalenud uuringus. Mõned uuringud on leidnud, et hallutsinatsioonidega inimestel esineb sensoorne hüperaktiivsus, mis viitab et pildisignaal on suurenenud. Kuid hallutsinatsioonide ilmnemise mehhanismi kindlakstegemiseks on vaja rohkem uuringuid, lisas ta. "Lõppude lõpuks, enamik inimesi, kes kogevad elavat kujutluspilti, ei hallutsineeri."

Nanay arvates oleks huvitav uurida nende inimeste reaalsusläve, kellel on hüperfantasia – äärmiselt elav kujutlusvõime, mida nad sageli reaalsusega segamini ajavad. Sarnaselt on olukordi, kus inimesed kannatavad väga tugevate väljamõeldud kogemuste käes, mille kohta nad teavad, et need ei ole tõelised, näiteks narkootikumide hallutsinatsioonid või selged unenäod. Dijkstra ütles, et sellistes tingimustes nagu posttraumaatiline stressihäire "hakkavad inimesed sageli nägema asju, mida nad ei tahtnud näha", ja see tundub tõelisem kui peaks.

Mõned neist probleemidest võivad hõlmata tõrkeid ajumehhanismides, mis tavaliselt aitavad neid eristusi teha. Dijkstra arvab, et võib olla kasulik vaadata nende inimeste tegelikkuse künniseid, kellel on afataasia, võimetus teadlikult ette kujutada vaimseid pilte.

Mehhanismid, mille abil aju eristab tõelist kujuteldavast, võivad olla seotud ka sellega, kuidas ta eristab tõelisi ja võlts (ebaehtsaid) pilte. Lempert ütles, et maailmas, kus simulatsioonid muutuvad reaalsusele lähemale, muutub tegelike ja võltspiltide eristamine üha keerulisemaks. "Ma arvan, et võib-olla on see olulisem küsimus kui kunagi varem."

Dijkstra ja tema meeskond töötavad nüüd selle nimel, et kohandada oma katset ajuskanneris töötamiseks. "Nüüd, kui sulgemine on läbi, tahan uuesti ajusid vaadata," ütles ta.

Lõpuks loodab ta välja selgitada, kas nad saavad selle süsteemiga manipuleerida, et muuta kujutlusvõime reaalsemaks. Näiteks praegu uuritakse virtuaalreaalsust ja närviimplantaate meditsiinilise ravi jaoks, näiteks pimedate nägemise parandamiseks. Ta ütles, et võime muuta kogemused enam-vähem reaalseks võib olla selliste rakenduste jaoks väga oluline.

See pole veider, arvestades, et reaalsus on aju konstruktsioon.

"Meie kolju all on kõik välja mõeldud," ütles Muckli. "Me ehitame täielikult maailma, selle rikkuses ja detailides ja värvides ja helides ja sisus ja põnevuses. ... Selle loovad meie neuronid.

See tähendab, et ühe inimese reaalsus erineb teise inimese omast, ütles Dijkstra: "Liin kujutlusvõime ja reaalsuse vahel pole lihtsalt nii kindel."