Er det ekte eller innbilt? Hvordan hjernen din forteller forskjellen. | Quanta Magazine

Er dette det virkelige liv? Er dette bare fantasi?

Dette er ikke bare tekster fra Queen-sangen «Bohemian Rhapsody». De er også spørsmålene som hjernen hele tiden må svare på mens den behandler strømmer av visuelle signaler fra øynene og rent mentale bilder som bobler ut av fantasien. Hjerneskanningsstudier har gjentatte ganger funnet at det å se noe og forestille seg det fremkaller svært like mønstre av nevral aktivitet. Men for de fleste av oss er de subjektive opplevelsene de produserer veldig forskjellige.

"Jeg kan se ut av vinduet mitt akkurat nå, og hvis jeg vil, kan jeg forestille meg en enhjørning som går nedover gaten," sa Thomas Naselaris, en førsteamanuensis ved University of Minnesota. Gaten ville virke ekte og enhjørningen ville ikke. "Det er veldig klart for meg," sa han. Kunnskapen om at enhjørninger er mytiske spiller knapt inn i det: En enkel imaginær hvit hest ville virke like uvirkelig.

Så "hvorfor hallusinerer vi ikke konstant?" spurte Nadine Dijkstra, en postdoktor ved University College London. En studie hun ledet, nylig publisert i Nature Communications, gir et spennende svar: Hjernen vurderer bildene den behandler mot en «virkelighetsterskel». Hvis signalet passerer terskelen, tror hjernen at det er ekte; hvis den ikke gjør det, tror hjernen at den er forestilt.

Et slikt system fungerer bra mesteparten av tiden fordi forestilte signaler vanligvis er svake. Men hvis et forestilt signal er sterkt nok til å krysse terskelen, tar hjernen det for virkeligheten.

Selv om hjernen er veldig kompetent til å vurdere bildene i tankene våre, ser det ut til at "denne typen realitetskontroll er en alvorlig kamp," sa Lars Muckli, professor i visuell og kognitiv nevrovitenskap ved University of Glasgow. De nye funnene reiser spørsmål om variasjoner eller endringer i dette systemet kan føre til hallusinasjoner, invasive tanker eller til og med drømmer.

"De har gjort en god jobb, etter min mening, med å ta et problem som filosofer har diskutert om i århundrer og definere modeller med forutsigbare utfall og teste dem," sa Naselaris.

Når oppfatninger og fantasi blandes

Dijkstras studie av innbilte bilder ble født i de tidlige dagene av Covid-19-pandemien, da karantener og sperringer avbrøt hennes planlagte arbeid. Kjedelig begynte hun å gå gjennom den vitenskapelige litteraturen om fantasi - og brukte deretter timer på å finkjemme papirer for historiske beretninger om hvordan forskere testet et så abstrakt konsept. Det var slik hun kom over en studie fra 1910 utført av psykologen Mary Cheves West Perky.

Perky ba deltakerne se for seg frukt mens de stirret på en blank vegg. Mens de gjorde det, projiserte hun i all hemmelighet ekstremt svake bilder av disse fruktene - så svake at de knapt var synlige - på veggen og spurte deltakerne om de så noe. Ingen av dem trodde de så noe ekte, selv om de kommenterte hvor levende deres innbilte bilde virket. "Hvis jeg ikke hadde visst at jeg innbilte meg, ville jeg trodd det var ekte," sa en deltaker.

Perkys konklusjon var at når vår oppfatning av noe samsvarer med det vi vet vi forestiller oss, vil vi anta at det er imaginært. Det ble etter hvert kjent i psykologien som Perky-effekten. "Det er en stor klassiker," sa Bence Nanay, professor i filosofisk psykologi ved universitetet i Antwerpen. Det ble en slags "obligatorisk ting når du skriver om bilder å si dine to øre om Perky-eksperimentet."

På 1970-tallet gjenopplivet psykologiforskeren Sydney Joelson Segal interessen for Perkys arbeid ved å oppdatere og modifisere eksperimentet. I en oppfølgingsstudie ba Segal deltakerne om å forestille seg noe, for eksempel New York Citys skyline, mens han projiserte noe annet svakt på veggen - for eksempel en tomat. Det deltakerne så var en blanding av det forestilte bildet og det virkelige, for eksempel New York Citys skyline ved solnedgang. Segals funn antydet at persepsjon og fantasi noen ganger kan "bokstavelig talt blandes," sa Nanay.

Ikke alle studier som hadde som mål å gjenskape Perkys funn lyktes. Noen av dem involverte gjentatte forsøk for deltakerne, noe som gjorde resultatene grumset: Når folk vet hva du prøver å teste, har de en tendens til å endre svarene sine til det de tror er riktig, sa Naselaris.

Så Dijkstra, under ledelse av Steve Fleming, en metakognisjonsekspert ved University College London, satte opp en moderne versjon av eksperimentet som unngikk problemet. I studien deres hadde deltakerne aldri mulighet til å redigere svarene sine fordi de bare ble testet én gang. Arbeidet modellerte og undersøkte Perky-effekten og to andre konkurrerende hypoteser for hvordan hjernen skiller virkelighet og fantasi fra hverandre.

Evalueringsnettverk

En av disse alternative hypotesene sier at hjernen bruker de samme nettverkene for virkelighet og fantasi, men at funksjonell magnetisk resonansavbildning (fMRI) hjerneskanninger ikke har høy nok oppløsning til at nevroforskere kan se forskjellene i hvordan nettverkene brukes. En av Mucklis studierantyder for eksempel at i hjernens visuelle cortex, som behandler bilder, er imaginære opplevelser kodet i et mer overfladisk lag enn virkelige opplevelser er.

Med funksjonell hjerneavbildning, "myser vi øynene våre," sa Muckli. Innenfor hver ekvivalent av en piksel i en hjerneskanning er det omtrent 1,000 nevroner, og vi kan ikke se hva hver enkelt gjør.

Den andre hypotesen, foreslått av studier ledet av Joel Pearson ved University of New South Wales, er at de samme banene i hjernen koder for både fantasi og persepsjon, men fantasi er bare en svakere form for persepsjon.

Under den pandemiske nedstengningen rekrutterte Dijkstra og Fleming til en nettstudie. Fire hundre deltakere ble bedt om å se på en serie statisk fylte bilder og forestille seg diagonale linjer som vippes gjennom dem til høyre eller venstre. Mellom hvert forsøk ble de bedt om å vurdere hvor levende bildene var på en skala fra 1 til 5. Det deltakerne ikke visste var at i den siste prøven økte forskerne sakte intensiteten til et svakt projisert bilde av diagonale linjer - vippet enten i den retningen deltakerne ble bedt om å forestille seg eller i motsatt retning. Forskerne spurte deretter deltakerne om det de så var ekte eller innbilt.

Dijkstra forventet at hun ville finne Perky-effekten - at når det forestilte bildet samsvarte med det projiserte, ville deltakerne se projeksjonen som et produkt av fantasien deres. I stedet var det mye mer sannsynlig at deltakerne trodde at bildet virkelig var der.

Likevel var det i det minste et ekko av Perky-effekten i disse resultatene: Deltakere som trodde bildet var der, så det mer levende enn deltakerne som trodde det var deres fantasi.

I et andre eksperiment presenterte ikke Dijkstra og teamet hennes et bilde under den siste forsøket. Men resultatet var det samme: Folk som vurderte det de så som mer levende, var også mer sannsynlig å vurdere det som ekte.

Observasjonene antyder at bilder i vårt sinns øye og virkelige oppfattede bilder i verden blandes sammen, sa Dijkstra. "Når dette blandede signalet er sterkt eller levende nok, tror vi det gjenspeiler virkeligheten." Det er sannsynlig at det er en terskel over hvilke visuelle signaler føles ekte for hjernen og under hvilke de føler seg forestilt, mener hun. Men det kan også være et mer gradvis kontinuum.

For å lære hva som skjer i en hjerne som prøver å skille virkelighet fra fantasi, analyserte forskerne hjerneskanninger fra en tidligere studie der 35 deltakere levende forestilte seg og oppfattet forskjellige bilder, fra vannkanne til haner.

I tråd med andre studier fant de at aktivitetsmønstrene i den visuelle cortex i de to scenariene var svært like. "Levende bilder er mer som persepsjon, men om svak oppfatning er mer som bilder er mindre klart," sa Dijkstra. Det var hint om at å se på et svakt bilde kunne produsere et mønster som ligner på fantasien, men forskjellene var ikke signifikante og må undersøkes nærmere.

Det som er klart er at hjernen må være i stand til nøyaktig å regulere hvor sterkt et mentalt bilde er for å unngå forvirring mellom fantasi og virkelighet. "Hjernen har en veldig nøye balansehandling som den må utføre," sa Naselaris. "På en eller annen måte vil det tolke mentale bilder like bokstavelig som det gjør visuelle bilder."

De fant ut at styrken på signalet kan leses eller reguleres i frontal cortex, som analyserer følelser og minner (blant andre plikter). Men det er ennå ikke klart hva som bestemmer livligheten til et mentalt bilde eller forskjellen mellom styrken til bildesignalet og virkelighetsterskelen. Det kan være en nevrotransmitter, endringer i nevronale forbindelser eller noe helt annet, sa Naselaris.

Det kan til og med være en annen, uidentifisert undergruppe av nevroner som setter virkelighetsterskelen og dikterer om et signal skal omdirigeres til en vei for forestilte bilder eller en vei for genuint oppfattede - et funn som vil binde den første og tredje hypotesen sammen. , sa Muckli.

Selv om funnene er forskjellige fra hans egne resultater, som støtter den første hypotesen, liker Muckli resonnementet deres. Det er et "spennende papir," sa han. Det er en "spennende konklusjon."

Men fantasi er en prosess som involverer mye mer enn bare å se på noen få linjer på en støyende bakgrunn, sa Peter Tse, professor i kognitiv nevrovitenskap ved Dartmouth College. Fantasi, sa han, er evnen til å se på hva som er i skapet ditt og bestemme hva du skal lage til middag, eller (hvis du er Wright-brødrene) å ta en propell, stikke den på en vinge og forestille deg at den flyr.

Forskjellene mellom Perkys funn og Dijkstras kan helt og holdent skyldes forskjeller i prosedyrene deres. Men de antyder også en annen mulighet: at vi kan oppfatte verden annerledes enn våre forfedre gjorde.

Studien hennes fokuserte ikke på troen på et bildes virkelighet, men handlet mer om "følelsen" av virkeligheten, sa Dijkstra. Forfatterne spekulerer i at fordi projiserte bilder, video og andre representasjoner av virkeligheten er vanlig i det 21. århundre, kan hjernen vår ha lært å vurdere virkeligheten litt annerledes enn folk gjorde for bare et århundre siden.

Selv om deltakerne i dette eksperimentet "ikke forventet å se noe, er det fortsatt mer forventet enn hvis du er i 1910 og du aldri har sett en projektor i livet ditt," sa Dijkstra. Virkelighetsterskelen i dag er derfor sannsynligvis mye lavere enn tidligere, så det kan kreve et forestilt bilde som er mye mer levende for å passere terskelen og forvirre hjernen.

Et grunnlag for hallusinasjoner

Funnene åpner for spørsmål om mekanismen kan være relevant for en lang rekke forhold der skillet mellom fantasi og persepsjon oppløses. Dijkstra spekulerer for eksempel at når folk begynner å sovne og virkeligheten begynner å blande seg med drømmeverdenen, kan virkelighetsterskelen synke. Under tilstander som schizofreni, hvor det er et "generelt sammenbrudd av virkeligheten", kan det være et kalibreringsproblem, sa Dijkstra.

"I psykose kan det enten være at bildene deres er så gode at de bare når den terskelen, eller det kan være at terskelen deres er slått av," sa Karolina Lempert, en assisterende professor i psykologi ved Adelphi University som ikke var involvert i studien. Noen studier har funnet at hos mennesker som hallusinerer, er det en slags sensorisk hyperaktivitet, som antyder at bildesignalet økes. Men mer forskning er nødvendig for å etablere mekanismen som hallusinasjoner dukker opp, la hun til. "De fleste som opplever levende bilder hallusinerer tross alt ikke."

Nanay synes det ville være interessant å studere virkelighetsterskelen til mennesker som har hyperfantasi, en ekstremt levende fantasi som de ofte forveksler med virkeligheten. På samme måte er det situasjoner der mennesker lider av veldig sterke innbilte opplevelser som de vet ikke er ekte, som når de hallusinerer på narkotika eller i klare drømmer. I tilstander som posttraumatisk stresslidelse, begynner folk ofte å "se ting de ikke ville," og det føles mer ekte enn det burde, sa Dijkstra.

Noen av disse problemene kan innebære svikt i hjernemekanismer som normalt bidrar til å gjøre disse forskjellene. Dijkstra tror det kan være fruktbart å se på virkelighetsterskelen til mennesker som har afantasi, manglende evne til bevisst å forestille seg mentale bilder.

Mekanismene hvorved hjernen skiller det som er ekte fra det som er imaginært, kan også være relatert til hvordan den skiller mellom ekte og falske (uautentiske) bilder. I en verden der simuleringer nærmer seg virkeligheten, kommer det til å bli stadig mer utfordrende å skille mellom ekte og falske bilder, sa Lempert. "Jeg tror at det kanskje er et viktigere spørsmål enn noen gang."

Dijkstra og teamet hennes jobber nå med å tilpasse eksperimentet sitt til å fungere i en hjerneskanner. "Nå som lockdown er over, vil jeg se på hjerner igjen," sa hun.

Hun håper til slutt å finne ut om de kan manipulere dette systemet for å få fantasien til å føles mer ekte. For eksempel blir virtuell virkelighet og nevrale implantater nå undersøkt for medisinske behandlinger, for eksempel for å hjelpe blinde mennesker til å se igjen. Evnen til å få opplevelser til å føles mer eller mindre ekte, sa hun, kan være veldig viktig for slike applikasjoner.

Det er ikke merkelig, gitt at virkeligheten er en konstruksjon av hjernen.

"Under skallen vår er alt sminket," sa Muckli. "Vi konstruerer hele verden, i dens rikdom og detaljer og farger og lyd og innhold og spenning. ... Det er skapt av våre nevroner.»

Det betyr at en persons virkelighet kommer til å være forskjellig fra en annen persons, sa Dijkstra: "Grensen mellom fantasi og virkelighet er ikke så solid."