Введение
Память и восприятие кажутся совершенно разными переживаниями, и нейробиологи раньше были уверены, что мозг также производит их по-разному. Но в 1990-х годах исследования нейровизуализации показали, что части мозга, которые считались активными только во время сенсорного восприятия, также активны во время воспроизведения воспоминаний.
«Это начало поднимать вопрос о том, действительно ли репрезентация памяти вообще отличается от репрезентации восприятия», — сказал он. Сэм Линг, адъюнкт-профессор неврологии и директор лаборатории визуальной неврологии Бостонского университета. Может ли наша память о красивой лесной поляне, например, быть просто воссозданием нейронной активности, которая раньше позволяла нам ее видеть?
«Аргумент перешел от дебатов о том, есть ли вообще какое-либо участие сенсорной коры, к высказыванию: «О, подождите минутку, есть ли какая-то разница?», — сказал он. Кристофер Бейкер, исследователь Национального института психического здоровья, руководитель отдела обучения и пластичности. «Маятник качнулся из стороны в сторону, но качнулся слишком далеко».
Даже если существует очень сильное неврологическое сходство между воспоминаниями и переживаниями, мы знаем, что они не могут быть в точности одинаковыми. «Люди не путаются между ними, — сказал Серра Фавила, научный сотрудник Колумбийского университета и ведущий автор недавней Природа связи исследование. Работа ее команды определила по крайней мере один из способов, с помощью которых воспоминания и восприятие образов по-разному собираются на неврологическом уровне.
Размытые пятна
Когда мы смотрим на мир, зрительная информация о нем поступает через фоторецепторы сетчатки в зрительную кору, где обрабатывается последовательно в разных группах нейронов. Каждая группа добавляет к изображению новые уровни сложности: простые точки света превращаются в линии и края, затем в контуры, затем в формы, а затем завершают сцены, воплощающие то, что мы видим.
В новом исследовании исследователи сосредоточились на особенности обработки зрения, которая очень важна для ранних групп нейронов: где объекты расположены в пространстве. Пиксели и контуры, составляющие изображение, должны быть в правильных местах, иначе мозг создаст перетасованные, неузнаваемые искажения того, что мы видим.
Исследователи научили участников запоминать расположение четырех разных узоров на фоне, напоминающем мишень для дартс. Каждый шаблон помещался в определенное место на доске и ассоциировался с цветом в центре доски. Каждого участника тестировали, чтобы убедиться, что он правильно запомнил эту информацию — например, если он увидел зеленую точку, то понял, что форма звезды находится в крайнем левом положении. Затем, по мере того как участники воспринимали и запоминали расположение паттернов, исследователи записывали активность их мозга.
Сканирование мозга позволило исследователям составить карту того, как нейроны записывали, где что-то было, а также то, как они позже запомнили это. Каждый нейрон посещает одно пространство или «рецептивное поле» в пространстве вашего зрения, например, левый нижний угол. Нейрон «будет срабатывать только тогда, когда вы поместите что-то в это маленькое место», — сказал Фавила. Нейроны, настроенные на определенную точку в пространстве, имеют тенденцию группироваться вместе, что позволяет легко обнаружить их активность при сканировании мозга.
Предыдущие исследования зрительного восприятия установили, что нейроны на ранних, более низких уровнях обработки имеют небольшие рецептивные поля, а нейроны на более поздних, более высоких уровнях имеют более крупные. Это имеет смысл, потому что нейроны более высокого уровня собирают сигналы от многих нейронов более низкого уровня, собирая информацию с более широкого участка поля зрения. Но большее рецептивное поле также означает меньшую пространственную точность, создавая эффект, подобный нанесению на карту большой кляксы чернил над Северной Америкой, обозначающей Нью-Джерси. По сути, визуальная обработка во время восприятия заключается в том, что маленькие четкие точки превращаются в более крупные, размытые, но более значимые пятна.
Но когда Фавила и ее коллеги посмотрели на то, как восприятие и память представлены в различных областях зрительной коры, они обнаружили серьезные различия.
Когда участники вспоминали изображения, рецептивные поля на самом высоком уровне визуальной обработки были того же размера, что и во время восприятия, но рецептивные поля оставались такими же на всех других уровнях, рисуя мысленный образ. Запомнившееся изображение представляло собой большое размытое пятно на каждом этапе.
Это говорит о том, что при сохранении памяти изображения сохранялось только его представление самого высокого уровня. Когда воспоминание снова переживалось, активировались все области зрительной коры, но их активность основывалась на менее точной версии в качестве входных данных.
Таким образом, в зависимости от того, поступает ли информация с сетчатки или откуда хранятся воспоминания, мозг обрабатывает и обрабатывает ее совершенно по-разному. Часть точности исходного восприятия теряется по пути в память, и «вы не можете волшебным образом вернуть ее обратно», — сказал Фавила.
«Действительно красивым» аспектом этого исследования было то, что исследователи могли считывать информацию о воспоминании непосредственно из мозга, а не полагаться на то, что человек сообщает о том, что они видели. Адам Стил, научный сотрудник Дартмутского колледжа. «Эмпирическая работа, которую они проделали, я думаю, действительно выдающаяся».
Фича или баг?
Но почему воспоминания вызываются таким «размытым» образом? Чтобы выяснить это, исследователи создали модель зрительной коры, которая имела разные уровни нейронов с рецептивными полями увеличивающегося размера. Затем они смоделировали вызванную память, отправив сигнал через уровни в обратном порядке. Как и при сканировании мозга, пространственная размытость, наблюдаемая на уровне с наибольшим рецептивным полем, сохранялась на всех остальных уровнях. Это говорит о том, что запоминаемый образ формируется таким образом из-за иерархической природы зрительной системы, сказал Фавила.
Одна из теорий о том, почему зрительная система устроена иерархически, заключается в том, что она помогает распознавать объекты. Если бы рецептивные поля были крошечными, мозгу нужно было бы интегрировать больше информации, чтобы понять, что находится в поле зрения; это может затруднить распознавание чего-то большого, такого как Эйфелева башня, сказал Фавила. «Более размытое» изображение памяти может быть «следствием наличия системы, оптимизированной для таких вещей, как распознавание объектов».
Но не ясно, «будь то фича или баг», сказал Томас Населарис, доцент Миннесотского университета. Он не участвовал в новом исследовании, но пришел к аналогичному выводу о том, что восприятие и память в мозгу выглядят очень по-разному в исследовании 2020 года. Он поддерживает идею о том, что разница выгодна, возможно, в том, что помогает отличить восприятие от воспоминаний. «Человек, чьи мысленные образы обладали всеми деталями и точностью образов сцены, мог легко запутаться», — сказал он.
Размытость также может помочь предотвратить сохранение ненужной информации. Возможно, важно не помнить, где находится каждый пиксель в поле зрения, а то, что пиксели принадлежат члену семьи или другу, сказал Фавила.
«Не то чтобы зрительная система была неспособна генерировать очень подробные, яркие и точные изображения», — сказал Населарис. Люди сообщали об очень ярких визуальных образах, например, когда они находились в «гипногогическом» состоянии между сном и бодрствованием. Мозг «просто не делает этого в часы бодрствования».
Фавила и ее команда надеются выяснить, происходит ли аналогичная обработка с другими аспектами зрительной памяти, такими как формы или цвета. Они особенно стремятся изучить, как эти различия в восприятии и памяти управляют поведением.
Восприятие и память «различны; наш опыт работы с ними разный, и точное определение того, чем они отличаются, будет важно для понимания того, как выражается память», — сказал Фавила. Различия «прятались в данных все время».
