Czy to jest prawdziwe czy wyimaginowane? Jak Twój mózg mówi różnicę. | Magazyn Quanta

Czy to jest prawdziwe życie? Czy to tylko fantazja?

To nie są tylko słowa piosenki Queen „Bohemian Rhapsody”. Są to również pytania, na które mózg musi stale odpowiadać, przetwarzając strumienie sygnałów wizualnych z oczu i obrazy czysto mentalne wypływające z wyobraźni. Badania skanów mózgu wielokrotnie wykazały, że widzenie czegoś i wyobrażanie sobie tego wywołuje bardzo podobne wzorce aktywności neuronalnej. Jednak dla większości z nas subiektywne doświadczenia, które wytwarzają, są bardzo różne.

„Mogę teraz wyglądać przez okno, a jeśli chcę, mogę sobie wyobrazić jednorożca idącego ulicą” – powiedział. Tomasza Naselarisa, profesor nadzwyczajny na Uniwersytecie Minnesoty. Ulica wydawałaby się prawdziwa, a jednorożec nie. – To dla mnie bardzo jasne – powiedział. Świadomość, że jednorożce są mityczne, ledwo się do tego nadaje: prosty wyimaginowany biały koń wydawałby się równie nierealny.

Więc „dlaczego nie mamy ciągle halucynacji?” spytał Nadine Dijkstra, stażysta podoktorancki na University College London. Badanie, które prowadziła, niedawno opublikowane w Nature Communications, dostarcza intrygującej odpowiedzi: mózg ocenia przetwarzane obrazy na podstawie „progu rzeczywistości”. Jeśli sygnał przekroczy próg, mózg myśli, że jest prawdziwy; jeśli nie, mózg myśli, że to wyimaginowane.

Taki system działa dobrze przez większość czasu, ponieważ wyobrażone sygnały są zazwyczaj słabe. Ale jeśli wyimaginowany sygnał jest wystarczająco silny, aby przekroczyć próg, mózg bierze go za rzeczywistość.

Chociaż mózg jest bardzo kompetentny w ocenie obrazów w naszych umysłach, wydaje się, że „tego rodzaju sprawdzanie rzeczywistości to poważna walka”, powiedział Larsa Muckliego, profesor neurologii wzrokowej i kognitywnej na Uniwersytecie w Glasgow. Nowe odkrycia rodzą pytania o to, czy wariacje lub zmiany w tym systemie mogą prowadzić do halucynacji, inwazyjnych myśli, a nawet snów.

„Moim zdaniem wykonali świetną robotę, podejmując problem, nad którym filozofowie debatowali od wieków, definiując modele z przewidywalnymi wynikami i testując je” – powiedział Naselaris.

Kiedy percepcja i wyobraźnia mieszają się

Studium wyimaginowanych obrazów Dijkstry narodziło się we wczesnych dniach pandemii Covid-19, kiedy kwarantanny i blokady przerwały jej zaplanowaną pracę. Znudzona zaczęła przeglądać literaturę naukową na temat wyobraźni, a potem godzinami przeczesywała papiery w poszukiwaniu historycznych opisów tego, jak naukowcy testowali tak abstrakcyjną koncepcję. W ten sposób natknęła się na badanie przeprowadzone w 1910 roku przez psychologa Mary Cheves West Perky.

Perky poprosił uczestników, aby wyobrazili sobie owoce, wpatrując się w pustą ścianę. Kiedy to robili, potajemnie wyświetlała bardzo słabe obrazy tych owoców – tak słabe, że były ledwo widoczne – na ścianie i pytała uczestników, czy coś widzieli. Żadnemu z nich nie wydawało się, że widzi coś rzeczywistego, chociaż komentowali, jak żywy wydawał się ich wyimaginowany obraz. „Gdybym nie wiedział, że to sobie wyobrażam, pomyślałbym, że to dzieje się naprawdę” — powiedział jeden z uczestników.

Perky doszedł do wniosku, że kiedy nasze postrzeganie czegoś odpowiada temu, co wiemy, że sobie wyobrażamy, zakładamy, że jest to wyimaginowane. W końcu stało się to znane w psychologii jako efekt Perky'ego. „To wielki klasyk” — powiedział Bence Nanay, profesor psychologii filozoficznej na Uniwersytecie w Antwerpii. Stało się to swego rodzaju „obowiązkową rzeczą, kiedy piszesz o obrazach, aby powiedzieć swoje trzy grosze na temat eksperymentu Perky”.

W latach 1970. badacz psychologii Sydney Joelson Segal ożywił zainteresowanie pracą Perky'ego, aktualizując i modyfikując eksperyment. W kolejnym badaniu Segal poprosił uczestników, aby wyobrazili sobie coś, na przykład panoramę Nowego Jorku, podczas gdy on wyświetlał coś innego na ścianie – na przykład pomidora. To, co zobaczyli uczestnicy, było mieszanką wyimaginowanego obrazu i rzeczywistego, na przykład panoramę Nowego Jorku o zachodzie słońca. Odkrycia Segala sugerują, że percepcja i wyobraźnia mogą czasami „całkiem dosłownie mieszać” – powiedział Nanay.

Nie wszystkie badania, które miały na celu powtórzenie wyników Perky'ego, powiodły się. Niektóre z nich obejmowały wielokrotne próby dla uczestników, co zaciemniało wyniki: kiedy ludzie wiedzą, co próbujesz przetestować, mają tendencję do zmieniania swoich odpowiedzi na to, co uważają za poprawne, powiedział Naselaris.

Więc Dijkstra, pod kierunkiem Steve'a Fleminga, ekspert metapoznawczy z University College London, stworzył nowoczesną wersję eksperymentu, która pozwoliła uniknąć problemu. W swoim badaniu uczestnicy nigdy nie mieli możliwości edytowania swoich odpowiedzi, ponieważ byli testowani tylko raz. W pracy modelowano i badano efekt Perky'ego oraz dwie inne konkurencyjne hipotezy dotyczące tego, jak mózg odróżnia rzeczywistość od wyobraźni.

Sieci ewaluacyjne

Jedna z tych alternatywnych hipotez mówi, że mózg wykorzystuje te same sieci do rzeczywistości i wyobraźni, ale skany mózgu funkcjonalnego rezonansu magnetycznego (fMRI) nie mają wystarczająco wysokiej rozdzielczości, aby neuronaukowcy mogli dostrzec różnice w sposobie korzystania z sieci. Jedno z badań Muckliegona przykład sugeruje, że w korze wzrokowej mózgu, która przetwarza obrazy, wyimaginowane doświadczenia są kodowane w bardziej powierzchownej warstwie niż rzeczywiste doświadczenia.

Dzięki funkcjonalnemu obrazowaniu mózgu „mrużymy oczy” – powiedział Muckli. W każdym ekwiwalencie piksela w skanie mózgu znajduje się około 1,000 neuronów i nie możemy zobaczyć, co robi każdy z nich.

Druga hipoteza, sugerowane badaniami prowadzone przez Joela Pearsona na Uniwersytecie Nowej Południowej Walii, jest to, że te same ścieżki w mózgu kodują zarówno wyobraźnię, jak i percepcję, ale wyobraźnia jest tylko słabszą formą percepcji.

Podczas blokady związanej z pandemią Dijkstra i Fleming rekrutowali się do badania online. Czterystu uczestnikom polecono spojrzeć na serię wypełnionych statycznie obrazów i wyobrazić sobie ukośne linie przechylające się przez nie w prawo lub w lewo. Pomiędzy każdą próbą proszono ich o ocenę, jak żywe były obrazy w skali od 1 do 5. Uczestnicy nie wiedzieli, że w ostatniej próbie naukowcy powoli zwiększali intensywność słabego wyświetlanego obrazu ukośnych linii — przechylony albo w kierunku, który uczestnicy mieli sobie wyobrazić, albo w przeciwnym kierunku. Następnie badacze zapytali uczestników, czy to, co widzieli, było prawdziwe, czy wyimaginowane.

Dijkstra spodziewała się, że odkryje efekt Perky'ego — kiedy wyobrażony obraz będzie pasował do wyświetlanego, uczestnicy zobaczą projekcję jako produkt ich wyobraźni. Zamiast tego uczestnicy znacznie częściej myśleli, że obraz naprawdę tam był.

Jednak w tych wynikach było przynajmniej echo efektu dziarskiego: uczestnicy, którzy myśleli, że obraz tam jest, widzieli go wyraźniej niż uczestnicy, którzy myśleli, że to wszystko ich wyobraźnia.

W drugim eksperymencie Dijkstra i jej zespół nie prezentowali obrazu podczas ostatniej próby. Ale wynik był taki sam: ludzie, którzy ocenili to, co widzieli jako bardziej żywe, częściej oceniali to jako rzeczywiste.

Obserwacje sugerują, że obrazy w naszym umyśle i rzeczywiste postrzegane obrazy na świecie mieszają się ze sobą, powiedział Dijkstra. „Kiedy ten mieszany sygnał jest wystarczająco silny lub żywy, myślimy, że odzwierciedla rzeczywistość”. Jest prawdopodobne, że istnieje jakiś próg, powyżej którego sygnały wizualne są odbierane przez mózg jako rzeczywiste, a poniżej którego są wyobrażone, myśli. Ale może też istnieć bardziej stopniowe kontinuum.

Aby dowiedzieć się, co dzieje się w mózgu, próbując odróżnić rzeczywistość od wyobraźni, naukowcy ponownie przeanalizowali skany mózgu z poprzedniego badania, w którym 35 uczestników żywo wyobrażało sobie i postrzegało różne obrazy, od konewek po koguty.

Zgodnie z innymi badaniami odkryli, że wzorce aktywności w korze wzrokowej w obu scenariuszach były bardzo podobne. „Żywe obrazy są bardziej podobne do percepcji, ale to, czy słaba percepcja jest bardziej podobna do obrazów, jest mniej jasne” – powiedział Dijkstra. Pojawiły się wskazówki, że patrzenie na słaby obraz może stworzyć wzór podobny do tego z wyobraźni, ale różnice nie były znaczące i należy je dokładniej zbadać.

Oczywiste jest, że mózg musi być w stanie dokładnie regulować siłę mentalnego obrazu, aby uniknąć pomylenia fantazji z rzeczywistością. „Mózg ma bardzo ostrożny balans, który musi wykonać” – powiedział Naselaris. „W pewnym sensie będzie interpretować obrazy mentalne tak dosłownie, jak obrazy wizualne”.

Odkryli, że siła sygnału może być odczytywana lub regulowana w korze czołowej, która analizuje emocje i wspomnienia (między innymi swoimi obowiązkami). Ale nie jest jeszcze jasne, co decyduje o wyrazistości mentalnego obrazu lub różnicy między siłą sygnału obrazowego a progiem rzeczywistości. Może to być neuroprzekaźnik, zmiany w połączeniach neuronalnych lub coś zupełnie innego, powiedział Naselaris.

Może to być nawet inny, niezidentyfikowany podzbiór neuronów, który ustala próg rzeczywistości i dyktuje, czy sygnał powinien zostać skierowany na ścieżkę wyobrażonych obrazów, czy ścieżkę autentycznie postrzeganych – odkrycie, które zgrabnie powiązałoby ze sobą pierwszą i trzecią hipotezę — powiedział Muckli.

Mimo że wyniki różnią się od jego własnych wyników, które potwierdzają pierwszą hipotezę, Muckli lubi ich rozumowanie. To „ekscytujący dokument”, powiedział. To „intrygujący wniosek”.

Ale wyobraźnia to proces, który obejmuje znacznie więcej niż tylko patrzenie na kilka linii na hałaśliwym tle, powiedział Piotr Tse, profesor neuronauki poznawczej w Dartmouth College. Wyobraźnia, powiedział, to zdolność spojrzenia na to, co masz w szafce i decydowania, co zrobić na obiad, lub (jeśli jesteś braćmi Wright) wzięcia śmigła, przyczepienia go do skrzydła i wyobrażenia sobie, że leci.

Różnice między ustaleniami Perky'ego i Dijkstry mogą wynikać całkowicie z różnic w ich procedurach. Ale sugerują też inną możliwość: że możemy postrzegać świat inaczej niż nasi przodkowie.

Jej badanie nie koncentrowało się na wierze w rzeczywistość obrazu, ale bardziej na „odczuwaniu” rzeczywistości, powiedział Dijkstra. Autorzy spekulują, że ponieważ wyświetlane obrazy, wideo i inne reprezentacje rzeczywistości są powszechne w XXI wieku, nasze mózgi mogły nauczyć się oceniać rzeczywistość nieco inaczej niż ludzie zaledwie sto lat temu.

Mimo że uczestnicy tego eksperymentu „nie spodziewali się, że coś zobaczą, jest to bardziej oczekiwane, niż gdybyś był w 1910 roku i nigdy w życiu nie widział projektora” – powiedział Dijkstra. Dzisiejszy próg rzeczywistości jest zatem prawdopodobnie znacznie niższy niż w przeszłości, więc może wymagać wyimaginowanego obrazu, który jest znacznie bardziej żywy, aby go przekroczyć i zdezorientować mózg.

Podstawa halucynacji

Odkrycia otwierają pytania o to, czy mechanizm może być odpowiedni dla szerokiego zakresu warunków, w których zaciera się rozróżnienie między wyobraźnią a percepcją. Dijkstra spekuluje na przykład, że kiedy ludzie zaczynają odpływać w sen, a rzeczywistość zaczyna mieszać się ze światem snu, ich próg rzeczywistości może się obniżać. Dijkstra powiedział, że w stanach takich jak schizofrenia, gdzie dochodzi do „ogólnego załamania rzeczywistości”, może wystąpić problem z kalibracją.

„W przypadku psychozy może być tak, że ich obrazowanie jest tak dobre, że po prostu osiąga ten próg, lub może być tak, że ich próg jest wyłączony” – powiedział Karolina Lempert, adiunkt psychologii na Uniwersytecie Adelphi, który nie brał udziału w badaniu. Niektóre badania wykazały, że u ludzi, którzy mają halucynacje, występuje rodzaj nadpobudliwości sensorycznej, co sugeruje że sygnał obrazu jest zwiększony. Dodała jednak, że potrzebne są dalsze badania, aby ustalić mechanizm powstawania halucynacji. „W końcu większość ludzi, którzy doświadczają żywych obrazów, nie ma halucynacji”.

Nanay uważa, że ​​interesujące byłoby zbadanie progów rzeczywistości ludzi, którzy mają hiperfantazję, niezwykle żywą wyobraźnię, którą często mylą z rzeczywistością. Podobnie, istnieją sytuacje, w których ludzie cierpią z powodu bardzo silnych wyimaginowanych doświadczeń, o których wiedzą, że nie są prawdziwe, na przykład halucynacje po narkotykach lub świadome sny. W stanach takich jak zespół stresu pourazowego ludzie często „zaczynają widzieć rzeczy, których nie chcieli” i wydaje się to bardziej realne niż powinno, powiedział Dijkstra.

Niektóre z tych problemów mogą obejmować awarie mechanizmów mózgowych, które zwykle pomagają w dokonywaniu tych rozróżnień. Dijkstra uważa, że ​​owocne może być przyjrzenie się progom rzeczywistości osób cierpiących na afantazję, niezdolność do świadomego wyobrażania sobie obrazów mentalnych.

Mechanizmy, dzięki którym mózg odróżnia to, co jest prawdziwe, od tego, co wyimaginowane, mogą być również związane z tym, jak odróżnia obrazy rzeczywiste od fałszywych (nieautentycznych). Lempert powiedział, że w świecie, w którym symulacje zbliżają się do rzeczywistości, rozróżnienie między prawdziwymi a fałszywymi obrazami będzie coraz trudniejsze. „Myślę, że być może jest to ważniejsze pytanie niż kiedykolwiek”.

Dijkstra i jej zespół pracują teraz nad przystosowaniem swojego eksperymentu do pracy w skanerze mózgu. „Teraz, gdy blokada się skończyła, chcę ponownie przyjrzeć się mózgom” – powiedziała.

W końcu ma nadzieję dowiedzieć się, czy mogą manipulować tym systemem, aby wyobraźnia wydawała się bardziej realna. Na przykład rzeczywistość wirtualna i implanty neuronowe są obecnie badane pod kątem metod leczenia, takich jak pomoc osobom niewidomym w ponownym widzeniu. Powiedziała, że ​​zdolność do nadawania doznaniom wrażenia mniej lub bardziej realnego może być naprawdę ważna w takich zastosowaniach.

To nie jest dziwaczne, biorąc pod uwagę, że rzeczywistość jest konstruktem mózgu.

„Pod naszą czaszką wszystko jest zmyślone” – powiedział Muckli. „Całkowicie konstruujemy świat, w jego bogactwie i szczegółach, kolorach, dźwiękach, treści i emocjach. … Jest tworzony przez nasze neurony”.

Oznacza to, że rzeczywistość jednej osoby będzie się różnić od rzeczywistości innej osoby, powiedział Dijkstra: „Granica między wyobraźnią a rzeczywistością nie jest po prostu tak solidna”.