Är det verkligt eller inbillat? Hur din hjärna säger skillnaden. | Quanta Magazine

Är detta det verkliga livet? Är detta bara fantasi?

Det är inte bara texter från Queen-låten "Bohemian Rhapsody." Det är också frågorna som hjärnan ständigt måste svara på medan den bearbetar strömmar av visuella signaler från ögonen och rent mentala bilder som bubblar ut ur fantasin. Hjärnskanningsstudier har upprepade gånger funnit att att se något och att föreställa sig det framkallar mycket liknande mönster av neural aktivitet. Men för de flesta av oss är de subjektiva upplevelser de producerar väldigt olika.

"Jag kan titta utanför mitt fönster just nu, och om jag vill kan jag föreställa mig en enhörning som går nerför gatan," sa Thomas Naselaris, en docent vid University of Minnesota. Gatan skulle verka verklig och enhörningen skulle inte göra det. "Det är väldigt tydligt för mig", sa han. Vetskapen om att enhörningar är mytiska spelar knappt in i det: En enkel imaginär vit häst skulle verka lika overklig.

Så "varför hallucinerar vi inte ständigt?" frågade Nadine Dijkstra, en postdoktor vid University College London. En studie som hon ledde, nyligen publicerad i Nature Communications, ger ett spännande svar: Hjärnan utvärderar bilderna den bearbetar mot en "verklighetströskel". Om signalen passerar tröskeln tror hjärnan att den är verklig; om det inte gör det, tror hjärnan att det är inbillat.

Ett sådant system fungerar bra för det mesta eftersom föreställda signaler vanligtvis är svaga. Men om en tänkt signal är tillräckligt stark för att passera tröskeln, tar hjärnan den för verkligheten.

Även om hjärnan är mycket kompetent att bedöma bilderna i våra sinnen, verkar det som om "den här typen av verklighetskontroll är en allvarlig kamp", sa Lars Muckli, professor i visuell och kognitiv neurovetenskap vid University of Glasgow. De nya fynden väcker frågor om huruvida variationer eller förändringar i detta system kan leda till hallucinationer, invasiva tankar eller till och med drömmar.

"De har gjort ett bra jobb, enligt min mening, med att ta en fråga som filosofer har diskuterat i århundraden och definiera modeller med förutsägbara resultat och testa dem," sa Naselaris.

När uppfattningar och fantasi blandas

Dijkstras studie av föreställda bilder föddes i början av Covid-19-pandemin, när karantäner och låsningar avbröt hennes schemalagda arbete. Uttråkad började hon gå igenom den vetenskapliga litteraturen om fantasi - och tillbringade sedan timmar med att kamma papper för historiska redogörelser för hur forskare testade ett så abstrakt koncept. Det var så hon kom över en studie från 1910 gjord av psykologen Mary Cheves West Perky.

Perky bad deltagarna att föreställa sig frukter medan de stirrade på en tom vägg. När de gjorde det projicerade hon i hemlighet extremt svaga bilder av dessa frukter - så svaga att de knappt syns - på väggen och frågade deltagarna om de såg något. Ingen av dem trodde att de såg något riktigt, även om de kommenterade hur levande deras föreställda bild verkade. "Om jag inte hade vetat att jag inbillade mig, skulle jag ha trott att det var sant", sa en deltagare.

Perkys slutsats var att när vår uppfattning om något matchar det vi vet att vi föreställer oss, kommer vi att anta att det är imaginärt. Det kom så småningom att bli känt inom psykologin som Perky-effekten. "Det är en stor klassiker," sa Bence Nanay, professor i filosofisk psykologi vid universitetet i Antwerpen. Det blev en slags "obligatorisk sak när du skriver om bilder att säga dina två cent om Perky-experimentet."

På 1970-talet återupplivade psykologiforskaren Sydney Joelson Segal intresset för Perkys arbete genom att uppdatera och modifiera experimentet. I en uppföljningsstudie bad Segal deltagarna att föreställa sig något, till exempel New York Citys skyline, medan han projicerade något annat svagt på väggen - som en tomat. Det deltagarna såg var en blandning av den föreställda bilden och den verkliga, till exempel New York Citys skyline vid solnedgången. Segals resultat antydde att uppfattning och fantasi ibland kan "bokstavligen blandas", sa Nanay.

Inte alla studier som syftade till att replikera Perkys fynd lyckades. Några av dem involverade upprepade prövningar för deltagarna, vilket förvirrade resultaten: När folk väl vet vad du försöker testa, tenderar de att ändra sina svar till vad de tror är korrekt, sa Naselaris.

Så Dijkstra, under ledning av Steve Fleming, en metakognitionsexpert vid University College London, satte upp en modern version av experimentet som undvek problemet. I sin studie hade deltagarna aldrig en chans att redigera sina svar eftersom de bara testades en gång. Arbetet modellerade och undersökte Perky-effekten och två andra konkurrerande hypoteser för hur hjärnan skiljer verklighet och fantasi åt.

Utvärderingsnätverk

En av dessa alternativa hypoteser säger att hjärnan använder samma nätverk för verklighet och fantasi, men att funktionell magnetisk resonanstomografi (fMRI) hjärnskanningar inte har tillräckligt hög upplösning för att neuroforskare ska kunna urskilja skillnaderna i hur nätverken används. En av Mucklis studier, till exempel, antyder att i hjärnans visuella cortex, som bearbetar bilder, kodas imaginära upplevelser i ett mer ytligt lager än vad verkliga upplevelser är.

Med funktionell hjärnavbildning, "vi kisar våra ögon", sa Muckli. Inom varje motsvarighet till en pixel i en hjärnskanning finns det cirka 1,000 XNUMX neuroner, och vi kan inte se vad var och en gör.

Den andra hypotesen, föreslagna av studier ledd av Joel Pearson vid University of New South Wales, är att samma vägar i hjärnan kodar för både fantasi och perception, men fantasi är bara en svagare form av perception.

Under den pandemiska låsningen rekryterade Dijkstra och Fleming för en onlinestudie. Fyrahundra deltagare blev tillsagda att titta på en serie statiska bilder och föreställa sig diagonala linjer som lutar genom dem till höger eller vänster. Mellan varje försök ombads de att bedöma hur levande bilderna var på en skala från 1 till 5. Vad deltagarna inte visste var att i det senaste försöket höjde forskarna långsamt intensiteten på en svag projicerad bild av diagonala linjer — lutade antingen i den riktning som deltagarna blev tillsagda att föreställa sig eller i motsatt riktning. Forskarna frågade sedan deltagarna om det de såg var verkligt eller inbillat.

Dijkstra förväntade sig att hon skulle hitta Perky-effekten - att när den föreställda bilden matchade den projicerade, skulle deltagarna se projektionen som en produkt av deras fantasi. Istället var det mycket mer sannolikt att deltagarna trodde att bilden verkligen fanns där.

Ändå fanns det åtminstone ett eko av Perky-effekten i dessa resultat: Deltagare som trodde att bilden fanns där såg den mer levande än deltagarna som trodde att det var deras fantasi.

I ett andra experiment presenterade Dijkstra och hennes team ingen bild under det senaste försöket. Men resultatet var detsamma: de personer som bedömde det de såg som mer levande var också mer benägna att betygsätta det som verkligt.

Observationerna tyder på att bilder i vårt sinnesöga och verkliga upplevda bilder i världen blandas ihop, sa Dijkstra. "När den här blandade signalen är tillräckligt stark eller levande tror vi att den återspeglar verkligheten." Det är troligt att det finns någon tröskel över vilken visuella signaler känns verkliga för hjärnan och under vilken de känns inbillade, tänker hon. Men det kan också finnas ett mer gradvis kontinuum.

För att lära sig vad som händer i en hjärna som försöker skilja verklighet från fantasi, analyserade forskarna hjärnskanningar från en tidigare studie där 35 deltagare levande föreställde sig och uppfattade olika bilder, från vattenkannor till tuppar.

I linje med andra studier fann de att aktivitetsmönstren i synbarken i de två scenarierna var mycket lika. "Livande bilder är mer som perception, men om svag perception är mer som bilder är mindre tydligt," sa Dijkstra. Det fanns antydningar om att titta på en svag bild kunde producera ett mönster som liknar fantasin, men skillnaderna var inte signifikanta och måste undersökas ytterligare.

Det som är tydligt är att hjärnan måste kunna reglera hur stark en mental bild är för att undvika förväxling mellan fantasi och verklighet. "Hjärnan har denna riktigt noggranna balansgång som den måste utföra," sa Naselaris. "I någon mening kommer det att tolka mentala bilder lika bokstavligt som det gör visuella bilder."

De fann att signalens styrka kan avläsas eller regleras i frontala cortex, som analyserar känslor och minnen (bland dess andra uppgifter). Men det är ännu inte klart vad som bestämmer livligheten hos en mental bild eller skillnaden mellan styrkan på bildsignalen och verklighetströskeln. Det kan vara en signalsubstans, förändringar i neuronala anslutningar eller något helt annat, sa Naselaris.

Det kan till och med vara en annan, oidentifierad delmängd av neuroner som sätter verklighetströskeln och dikterar om en signal ska avledas till en väg för föreställda bilder eller en väg för genuint uppfattade sådana - ett fynd som skulle knyta ihop den första och tredje hypotesen på ett snyggt sätt , sa Muckli.

Även om fynden skiljer sig från hans egna resultat, som stöder den första hypotesen, gillar Muckli deras resonemang. Det är ett "spännande papper", sa han. Det är en "intrigerande slutsats".

Men fantasi är en process som involverar mycket mer än att bara titta på några linjer på en bullrig bakgrund, sa Peter Tse, professor i kognitiv neurovetenskap vid Dartmouth College. Fantasin, sa han, är förmågan att titta på vad som finns i ditt skåp och bestämma vad du ska göra till middag, eller (om du är bröderna Wright) att ta en propeller, sätta fast den på en vinge och föreställa dig att den flyger.

Skillnaderna mellan Perkys fynd och Dijkstras kan helt och hållet bero på skillnader i deras procedurer. Men de antyder också en annan möjlighet: att vi kan uppfatta världen annorlunda än våra förfäder gjorde.

Hennes studie fokuserade inte på tron ​​på en bilds verklighet utan handlade mer om "känslan" av verkligheten, sa Dijkstra. Författarna spekulerar i att eftersom projicerade bilder, video och andra representationer av verkligheten är vanliga på 21-talet, kan våra hjärnor ha lärt sig att utvärdera verkligheten något annorlunda än vad människor gjorde för bara ett sekel sedan.

Även om deltagarna i detta experiment "inte förväntade sig att se något, är det fortfarande mer förväntat än om du är 1910 och du har aldrig sett en projektor i ditt liv", sa Dijkstra. Verklighetströskeln idag är därför sannolikt mycket lägre än tidigare, så det kan krävas en föreställd bild som är mycket mer levande för att passera tröskeln och förvirra hjärnan.

En grund för hallucinationer

Fynden öppnar för frågor om huruvida mekanismen kan vara relevant för ett brett spektrum av tillstånd där distinktionen mellan fantasi och perception upplöses. Dijkstra spekulerar till exempel att när människor börjar somna och verkligheten börjar blandas med drömvärlden kan deras verklighetströskel sjunka. I tillstånd som schizofreni, där det finns ett "allmänt sammanbrott av verkligheten", kan det finnas ett kalibreringsproblem, sa Dijkstra.

"I psykos kan det vara antingen att deras bildspråk är så bra att det bara når den tröskeln, eller så kan det vara att deras tröskel är av," sa Karolina Lempert, en biträdande professor i psykologi vid Adelphi University som inte var involverad i studien. Vissa studier har visat att det finns en sorts sensorisk hyperaktivitet hos människor som hallucinerar, vilket antyder att bildsignalen ökas. Men mer forskning behövs för att fastställa mekanismen genom vilken hallucinationer uppstår, tillade hon. "De flesta människor som upplever levande bilder hallucinerar trots allt inte."

Nanay tycker att det skulle vara intressant att studera verklighetströsklarna för människor som har hyperfantasi, en extremt livlig fantasi som de ofta förväxlar med verkligheten. På samma sätt finns det situationer där människor lider av mycket starka inbillade upplevelser som de vet inte är verkliga, som när de hallucinerar på droger eller i klarsynta drömmar. Under tillstånd som posttraumatisk stressyndrom börjar folk ofta "se saker som de inte ville", och det känns mer verkligt än det borde, sa Dijkstra.

Vissa av dessa problem kan innebära fel i hjärnans mekanismer som normalt hjälper till att göra dessa distinktioner. Dijkstra tror att det kan vara fruktbart att titta på verklighetströsklarna hos människor som har afantasi, oförmågan att medvetet föreställa sig mentala bilder.

De mekanismer genom vilka hjärnan skiljer vad som är verkligt från vad som är imaginärt kan också vara relaterade till hur den skiljer mellan verkliga och falska (oäkta) bilder. I en värld där simuleringar närmar sig verkligheten kommer det att bli allt mer utmanande att skilja mellan verkliga och falska bilder, sa Lempert. "Jag tror att det kanske är en viktigare fråga än någonsin."

Dijkstra och hennes team arbetar nu med att anpassa sitt experiment för att fungera i en hjärnskanner. "Nu när låsningen är över vill jag titta på hjärnor igen," sa hon.

Hon hoppas så småningom ta reda på om de kan manipulera detta system för att få fantasin att kännas mer verklig. Till exempel utreds nu virtuell verklighet och neurala implantat för medicinska behandlingar, som för att hjälpa blinda att se igen. Förmågan att få upplevelser att kännas mer eller mindre verkliga, sa hon, kan vara riktigt viktig för sådana applikationer.

Det är inte konstigt, med tanke på att verkligheten är en konstruktion av hjärnan.

"Under vår skalle är allt påhittat," sa Muckli. "Vi konstruerar helt och hållet världen, i dess rikedom och detaljer och färg och ljud och innehåll och spänning. ... Det skapas av våra nervceller."

Det betyder att en persons verklighet kommer att vara annorlunda än en annans, sa Dijkstra: "Gränsen mellan fantasi och verklighet är helt enkelt inte så solid."