Onko se Totta vai kuviteltua? Kuinka aivosi kertovat eron. | Quanta-lehti

Onko tämä sitä oikeaa elämää? Onko tämä vain fantasiaa?

Ne eivät ole vain sanoja Queenin kappaleesta "Bohemian Rhapsody". Ne ovat myös kysymyksiä, joihin aivojen on jatkuvasti vastattava samalla kun ne käsittelevät silmien visuaalisia signaaleja ja mielikuvituksesta kuplivia puhtaasti mielikuvia. Aivoskannaustutkimukset ovat toistuvasti havainneet, että jonkin näkeminen ja sen kuvitteleminen herättävät hyvin samanlaisia ​​hermotoiminnan malleja. Silti useimmille meistä niiden tuottamat subjektiiviset kokemukset ovat hyvin erilaisia.

"Voin katsoa ikkunastani ulos juuri nyt, ja jos haluan, voin kuvitella yksisarvisen kävelevän kadulla", sanoi Thomas Naselaris, Minnesotan yliopiston apulaisprofessori. Katu näyttäisi todelliselta ja yksisarvinen ei. "Se on minulle hyvin selvää", hän sanoi. Tieto siitä, että yksisarviset ovat myyttisiä, tuskin vaikuttaa siihen: Yksinkertainen kuvitteellinen valkoinen hevonen vaikuttaisi yhtä epätodelliselta.

Joten "miksi emme jatkuvasti hallusinoi?" kysyi Nadine Dijkstra, tutkijatohtori University College Londonissa. Hänen johtamansa tutkimus, joka julkaistiin äskettäin Luonto Viestintä, tarjoaa kiehtovan vastauksen: Aivot arvioivat käsittelemänsä kuvat "todellisuuden kynnyksen" mukaan. Jos signaali ylittää kynnyksen, aivot luulevat sen olevan totta; jos ei, aivot luulevat sen olevan kuviteltu.

Tällainen järjestelmä toimii hyvin suurimman osan ajasta, koska kuvitellut signaalit ovat tyypillisesti heikkoja. Mutta jos kuviteltu signaali on tarpeeksi vahva ylittääkseen kynnyksen, aivot pitävät sitä todellisuutena.

Vaikka aivot ovat erittäin päteviä arvioimaan mielikuviamme, näyttää siltä, ​​​​että "tällainen todellisuuden tarkistaminen on vakavaa taistelua", sanoi Lars Muckli, visuaalisten ja kognitiivisten neurotieteiden professori Glasgow'n yliopistossa. Uudet löydökset herättävät kysymyksiä siitä, voivatko tämän järjestelmän vaihtelut tai muutokset johtaa hallusinaatioihin, invasiivisiin ajatuksiin tai jopa uneen.

"He ovat tehneet mielestäni erinomaista työtä omaksuessaan kysymyksen, josta filosofit ovat keskustelleet vuosisatojen ajan, määrittäessään malleja, joilla on ennustettavissa olevat tulokset, ja testaamalla niitä", Naselaris sanoi.

Kun havainnot ja mielikuvitus sekoittuvat

Dijkstran tutkimus kuvitteellisista kuvista syntyi Covid-19-pandemian alkuaikoina, kun karanteenit ja lukitukset keskeyttivät hänen aikataulunsa. Tylsissään hän alkoi käydä läpi mielikuvitusta käsittelevää tieteellistä kirjallisuutta – ja sitten vietti tuntikausia papereita etsiessään historiallisia kertomuksia siitä, kuinka tiedemiehet testasivat tällaista abstraktia käsitettä. Näin hän päätyi psykologi Mary Cheves West Perkyn vuonna 1910 suorittamaan tutkimukseen.

Perky pyysi osallistujia kuvaamaan hedelmiä tuijottaen tyhjää seinää. Kun he tekivät niin, hän projisoi salaa äärimmäisen himmeitä kuvia noista hedelmistä - niin himmeitä, että ne olivat tuskin näkyviä - seinälle ja kysyi osallistujilta, näkivätkö he mitään. Kukaan heistä ei uskonut näkevänsä mitään todellista, vaikka he kommentoivat, kuinka elävältä heidän kuviteltu kuvansa näytti. "Jos en olisi tiennyt kuvittelevani, olisin uskonut sen olevan totta", yksi osallistuja sanoi.

Perkyn johtopäätös oli, että kun käsityksemme jostakin vastaa sitä, mitä tiedämme kuvittelevamme, oletamme sen olevan kuvitteellista. Se tuli lopulta tunnetuksi psykologiassa Perky-efektinä. "Se on valtava klassikko", sanoi Bence Nanay, Antwerpenin yliopiston filosofisen psykologian professori. Siitä tuli eräänlainen "pakollinen asia, kun kirjoitat kuvista kertoa kaksi senttiäsi Perky-kokeesta".

1970-luvulla psykologian tutkija Sydney Joelson Segal herätti kiinnostuksen Perkyn työhön päivittämällä ja muokkaamalla koetta. Yhdessä seurantatutkimuksessa Segal pyysi osallistujia kuvittelemaan jotain, kuten New Yorkin taivaanrantaa, kun taas hän projisoi jotain muuta heikosti seinälle - kuten tomaattia. Osallistujat näkivät yhdistelmän kuviteltua ja todellista kuvaa, kuten New Yorkin taivaanrantaa auringonlaskun aikaan. Segalin havainnot viittaavat siihen, että havainto ja mielikuvitus voivat joskus "kirjaimellisesti sekoittua", Nanay sanoi.

Kaikki tutkimukset, jotka pyrkivät toistamaan Perkyn löydöksiä, eivät onnistuneet. Jotkut niistä sisälsivät toistuvia kokeita osallistujille, mikä hämmensi tuloksia: Kun ihmiset tietävät, mitä yrität testata, heillä on taipumus muuttaa vastauksiaan siihen, mikä heidän mielestään on oikein, Naselaris sanoi.

Joten Dijkstra, johdolla Steve Fleming, University College Londonin metakognition asiantuntija, loi kokeesta modernin version, joka vältti ongelman. Tutkimuksessaan osallistujilla ei koskaan ollut mahdollisuutta muokata vastauksiaan, koska niitä testattiin vain kerran. Työssä mallinnettiin ja tutkittiin Perky-ilmiötä ja kahta muuta kilpailevaa hypoteesia siitä, kuinka aivot erottavat todellisuuden ja mielikuvituksen.

Arviointiverkostot

Yksi näistä vaihtoehtoisista hypoteeseista sanoo, että aivot käyttävät samoja verkkoja todellisuuteen ja mielikuvitukseen, mutta funktionaalisten magneettikuvausten (fMRI) aivoskannausten resoluutio ei ole riittävän korkea, jotta neurotieteilijät voisivat havaita eroja verkkojen käytössä. Yksi Mucklin tutkimuksista, esimerkiksi viittaa siihen, että aivojen visuaaliseen aivokuoreen, joka käsittelee kuvia, kuvitteelliset kokemukset koodataan pinnallisempaan kerrokseen kuin todelliset kokemukset.

Toiminnallisen aivojen kuvantamisen avulla "silmäilemme silmiämme", Muckli sanoi. Jokaisessa aivoskannauksen pikselin ekvivalentissa on noin 1,000 XNUMX neuronia, emmekä näe, mitä jokainen tekee.

Toinen hypoteesi, tutkimusten ehdottama johdolla Joel Pearson New South Walesin yliopistossa on, että samat reitit aivoissa koodaavat sekä mielikuvitusta että havaintoja, mutta mielikuvitus on vain havainnon heikompi muoto.

Pandemian sulkemisen aikana Dijkstra ja Fleming värväsivät verkkotutkimukseen. Neljäsataa osallistujaa käskettiin katsomaan sarjaa staattisen sähkön täytettyjä kuvia ja kuvittelemaan vinoviivoja, jotka kallistuivat niiden läpi oikealle tai vasemmalle. Jokaisen kokeen välillä heitä pyydettiin arvioimaan, kuinka eloisa kuva oli asteikolla 1–5. Osallistujat eivät tienneet, että viimeisessä kokeessa tutkijat nostivat hitaasti vinoviivojen heikossa projisoidussa kuvassa. kallistettu joko siihen suuntaan, johon osallistujien käskettiin kuvitella, tai päinvastaiseen suuntaan. Tämän jälkeen tutkijat kysyivät osallistujilta, oliko heidän näkemyksensä totta vai kuviteltua.

Dijkstra odotti löytävänsä Perky-efektin – että kun kuviteltu kuva vastasi projisoitua, osallistujat näkivät projektion mielikuvituksensa tuotteena. Sen sijaan osallistujat luulivat paljon todennäköisemmin kuvan olevan todella olemassa.

Silti näissä tuloksissa oli ainakin kaiku Perky-efektistä: Osallistujat, jotka luulivat kuvan olevan siellä, näkivät sen elävämmin kuin osallistujat, jotka ajattelivat, että se oli vain heidän mielikuvitustaan.

Toisessa kokeessa Dijkstra ja hänen tiiminsä eivät esittäneet kuvaa viimeisen kokeen aikana. Mutta tulos oli sama: ihmiset, jotka arvioivat näkemänsä elävämmiksi, pitivät myös sitä todennäköisemmin todellisena.

Havainnot viittaavat siihen, että mielisilmämme mielikuvat ja todelliset koetut kuvat maailmassa sekoittuvat keskenään, Dijkstra sanoi. "Kun tämä sekoitettu signaali on riittävän voimakas tai elävä, uskomme sen heijastavan todellisuutta." On todennäköistä, että on olemassa jokin kynnys, jonka yläpuolella visuaaliset signaalit tuntuvat aivoille todellisilta ja jonka alapuolella ne tuntevat olevansa kuviteltuja, hän ajattelee. Mutta voisi olla myös asteittaisempaa jatkumoa.

Saadakseen selville, mitä aivoissa tapahtuu yrittäessään erottaa todellisuuden mielikuvituksesta, tutkijat analysoivat uudelleen aivojen skannauksia edellisestä tutkimuksesta, jossa 35 osallistujaa kuvitteli ja havaitsi elävästi erilaisia ​​kuvia kastelukannuista kukkoihin.

Muiden tutkimusten mukaisesti he havaitsivat, että visuaalisen aivokuoren aktiivisuusmallit olivat molemmissa skenaarioissa hyvin samanlaisia. "Eloisa kuva on enemmän kuin havainto, mutta se, onko heikko havainto enemmän kuin mielikuva, on vähemmän selvää", Dijkstra sanoi. Oli vihjeitä siitä, että haalean kuvan katsominen voisi tuottaa mielikuvituksen kaltaisen kuvion, mutta erot eivät olleet merkittäviä ja niitä on tutkittava tarkemmin.

Selvää on se, että aivojen täytyy pystyä säätelemään tarkasti, kuinka vahva mielikuva on, jotta vältetään sekaannukset fantasian ja todellisuuden välillä. "Aivoilla on tämä todella huolellinen tasapainotus, joka niiden on suoritettava", Naselaris sanoi. "Jossain mielessä se tulee tulkitsemaan mentaalisia kuvia yhtä kirjaimellisesti kuin visuaalista kuvaa."

He havaitsivat, että signaalin voimakkuutta voidaan lukea tai säädellä etukuoressa, joka analysoi tunteita ja muistoja (muiden tehtäviensä ohella). Mutta ei ole vielä selvää, mikä määrittää mielikuvan eloisuuden tai kuvasignaalin voimakkuuden ja todellisuuskynnyksen välisen eron. Se voi olla välittäjäaine, muutokset hermosolujen yhteyksissä tai jotain aivan muuta, Naselaris sanoi.

Se voi jopa olla erilainen, tunnistamaton neuronien osajoukko, joka asettaa todellisuuskynnyksen ja sanelee, pitäisikö signaali ohjata kuviteltujen kuvien polulle vai aidosti havaittujen kuvien reitille – havainto, joka yhdistäisi ensimmäisen ja kolmannen hypoteesin siististi. , Muckli sanoi.

Vaikka havainnot poikkeavat hänen omista tuloksistaan, jotka tukevat ensimmäistä hypoteesia, Muckli pitää heidän päättelystään. Se on "jännittävä paperi", hän sanoi. Se on "kiinnostava johtopäätös".

Mutta mielikuvitus on prosessi, joka sisältää paljon enemmän kuin vain muutaman rivin katsomista meluisalla taustalla, sanoi Peter Tse, kognitiivisen neurotieteen professori Dartmouth Collegessa. Hän sanoi, että mielikuvitus on kykyä katsoa mitä kaapissasi on ja päättää, mitä tehdä illalliseksi, tai (jos olet Wrightin veljekset) ottaa potkuri, kiinnittää se siipeen ja kuvitella sen lentävän.

Perkyn ja Dijkstran löydösten väliset erot voivat johtua kokonaan niiden menettelytavoista. Mutta ne viittaavat myös toiseen mahdollisuuteen: voisimme havaita maailman eri tavalla kuin esi-isämme.

Dijkstra sanoi, että hänen tutkimuksessaan ei keskitytty uskomiseen kuvan todellisuuteen, vaan kyse oli enemmän todellisuuden "tunteesta". Kirjoittajat spekuloivat, että koska projisoidut kuvat, videot ja muut todellisuuden esitykset ovat yleisiä 21-luvulla, aivomme ovat saattaneet oppia arvioimaan todellisuutta hieman eri tavalla kuin ihmiset vain sata vuotta sitten.

Vaikka tämän kokeen osallistujat "eivät odottaneet näkevänsä jotain, se on silti enemmän odotettua kuin jos olisit vuonna 1910 etkä olisi koskaan nähnyt projektoria elämässäsi", Dijkstra sanoi. Todellisuuskynnys on siksi todennäköisesti paljon matalampi kuin aiemmin, joten kynnyksen ylittäminen ja aivot hämmentävät kuviteltua kuvaa, joka on paljon elävämpi.

Hallusinaatioiden perusta

Löydökset herättävät kysymyksiä siitä, voisiko mekanismi olla relevantti monenlaisissa olosuhteissa, joissa mielikuvituksen ja havainnon välinen ero hajoaa. Dijkstra spekuloi esimerkiksi, että kun ihmiset alkavat nukahtaa ja todellisuus alkaa sekoittua unelmamaailmaan, heidän todellisuuskynnyksensä saattaa laskea. Skitsofrenian kaltaisissa olosuhteissa, joissa on "yleinen todellisuuden hajoaminen", voi olla kalibrointiongelma, Dijkstra sanoi.

"Psykoosissa voi olla, että heidän kuvansa ovat niin hyviä, että se vain osuu siihen kynnykseen, tai voi olla, että heidän kynnys on poissa", sanoi. Karolina Lempert, Adelphin yliopiston psykologian apulaisprofessori, joka ei ollut mukana tutkimuksessa. Jotkut tutkimukset ovat osoittaneet, että hallusinaatioita harrastavilla ihmisillä on eräänlaista sensorista yliaktiivisuutta, mikä viittaa että kuvasignaali lisääntyy. Mutta lisää tutkimusta tarvitaan selvittääkseen mekanismi, jolla hallusinaatiot ilmaantuvat, hän lisäsi. "Loppujen lopuksi suurin osa ihmisistä, jotka kokevat eloisia kuvia, eivät tee hallusinaatioita."

Nanayn mielestä olisi mielenkiintoista tutkia ihmisten todellisuuden kynnysarvoja, joilla on hyperfantasia, erittäin elävä mielikuvitus, jonka he usein sekoittavat todellisuuteen. Samoin on tilanteita, joissa ihmiset kärsivät erittäin vahvoista kuvitteellisista kokemuksista, joiden he tietävät olevan todellisia, kuten huumehalusinaatioissa tai selkeissä unissa. Traumaattisen stressihäiriön kaltaisissa olosuhteissa ihmiset usein "alkavat nähdä asioita, joita he eivät halunneet", ja se tuntuu todellisemmalta kuin sen pitäisi, Dijkstra sanoi.

Jotkut näistä ongelmista voivat liittyä aivojen mekanismien häiriöihin, jotka tavallisesti auttavat tekemään nämä erot. Dijkstra uskoo, että voisi olla hedelmällistä tarkastella ihmisten todellisuuden kynnystä, joilla on afantasia, kyvyttömyys kuvitella tietoisesti mielikuvia.

Mekanismit, joilla aivot erottavat todellisen kuvitteellisesta, voivat liittyä myös siihen, miten ne erottavat todelliset ja väärennetyt (epäaitoiset) kuvat. Maailmassa, jossa simulaatiot lähestyvät todellisuutta, todellisten ja väärennettyjen kuvien erottaminen tulee olemaan entistä haastavampaa, Lempert sanoi. "Uskon, että se on ehkä tärkeämpi kysymys kuin koskaan."

Dijkstra ja hänen tiiminsä työskentelevät nyt mukauttaakseen kokeilunsa toimimaan aivoskannerissa. "Nyt se lukitus on ohi, haluan tarkastella aivoja uudelleen", hän sanoi.

Hän toivoo lopulta selvittävänsä, voivatko he manipuloida tätä järjestelmää saadakseen mielikuvituksen tuntumaan todellisemmalta. Esimerkiksi virtuaalitodellisuutta ja hermoimplantteja tutkitaan nyt lääketieteellisissä hoidoissa, kuten auttamaan sokeita näkemään uudelleen. Kyky saada kokemukset tuntumaan enemmän tai vähemmän todellisilta, hän sanoi, voi olla todella tärkeää tällaisissa sovelluksissa.

Se ei ole outoa, koska todellisuus on aivojen rakennelma.

"Kallomme alla kaikki on keksitty", Muckli sanoi. ”Rakennamme maailman kokonaan sen rikkaudessa ja yksityiskohdissa ja väreissä ja äänessä ja sisällössä ja jännityksessä. … Sen luovat neuronimme.”

Tämä tarkoittaa, että yhden ihmisen todellisuus tulee olemaan erilainen kuin toisen, Dijkstra sanoi: "Raja mielikuvituksen ja todellisuuden välillä ei vain ole niin kiinteä."