Це реально чи вигадано? Як ваш мозок розпізнає різницю. | Журнал Quanta

Це справжнє життя? Це просто фантазія?

Це не просто слова з пісні Queen “Bohemian Rhapsody”. Це також питання, на які мозок повинен постійно відповідати, обробляючи потоки візуальних сигналів від очей і суто ментальні картини, що вириваються з уяви. Дослідження сканування мозку неодноразово виявляли, що бачення чогось і уява викликають дуже схожі моделі нервової активності. Проте для більшості з нас суб’єктивний досвід, який вони викликають, дуже різний.

«Я можу дивитися за своє вікно прямо зараз, і якщо я хочу, я можу уявити єдинорога, який йде вулицею», - сказав Томас Населаріс, доцент Університету Міннесоти. Вулиця здавалася б справжньою, а єдиноріг – ні. «Мені це дуже ясно», — сказав він. Знання про те, що єдинороги є міфічними, мало впливає на це: простий уявний білий кінь здавався б таким же нереальним.

Тож «чому ми не маємо постійних галюцинацій?» запитав Надін Дейкстра, постдокторант Університетського коледжу Лондона. Дослідження, проведене нею, нещодавно опубліковане в Природа зв'язкудає інтригуючу відповідь: мозок оцінює зображення, які він обробляє, за «порогом реальності». Якщо сигнал переступає поріг, мозок вважає його справжнім; якщо цього не відбувається, мозок вважає, що це вигадано.

Така система працює добре більшу частину часу, оскільки уявні сигнали зазвичай слабкі. Але якщо уявний сигнал достатньо сильний, щоб переступити поріг, мозок приймає його за реальність.

Хоча мозок дуже компетентний в оцінці образів у нашій свідомості, схоже, що «така перевірка реальності є серйозною боротьбою», сказав Ларс Муклі, професор візуальної та когнітивної нейронаук в Університеті Глазго. Нові відкриття викликають питання про те, чи можуть варіації або зміни в цій системі призвести до галюцинацій, інвазивних думок або навіть сновидінь.

«Вони виконали чудову роботу, на мою думку, розглянувши питання, про яке філософи обговорювали століттями, визначивши моделі з передбачуваними результатами та перевіривши їх», — сказав Населаріс.

Коли сприйняття та уява змішуються

Дослідження уявних образів Дейкстра зародилося на початку пандемії Covid-19, коли карантин і карантин перервали її заплановану роботу. Занудьгувавши, вона почала переглядати наукову літературу про уяву, а потім годинами шукала в паперах історичні відомості про те, як вчені перевіряли таку абстрактну концепцію. Так вона натрапила на дослідження 1910 року, проведене психологом Мері Чівз Вест Перкі.

Перкі попросив учасників зобразити фрукти, дивлячись на порожню стіну. Поки вони це робили, вона таємно спроектувала надзвичайно слабкі зображення цих фруктів — настільки слабкі, що їх було ледве видно — на стіну, і запитала учасників, чи бачать вони щось. Ніхто з них не думав, що бачить щось реальне, хоча вони коментували, наскільки яскравим здавався їхній уявний образ. «Якби я не знав, що вигадую, я б подумав, що це правда», — сказав один учасник.

Висновок Перкі полягав у тому, що коли наше сприйняття чогось збігається з тим, що ми знаємо, що ми уявляємо, ми вважатимемо це уявним. Згодом це стало відомим у психології як ефект Перкі. "Це величезна класика", - сказав Бенс Нанай, професор філософської психології Антверпенського університету. Це стало свого роду «обов’язковою річчю, коли ви пишете про зображення, сказати свої два центи про експеримент Perky».

У 1970-х роках дослідник психології Сідней Джоелсон Сігал відродив інтерес до роботи Перкі, оновивши та модифікувавши експеримент. В одному з наступних досліджень Сігал попросив учасників уявити що-небудь, наприклад горизонт Нью-Йорка, тоді як він ледь помітно спроектував щось інше на стіну — наприклад, помідор. Те, що учасники побачили, було поєднанням уявного та реального зображення, наприклад, горизонт Нью-Йорка на заході сонця. Результати Сігала свідчать про те, що сприйняття та уява іноді можуть «буквально змішуватися», сказав Нанай.

Не всі дослідження, спрямовані на повторення висновків Перкі, були успішними. Деякі з них включали повторні випробування для учасників, що спотворювало результати: коли люди дізнаються, що ви намагаєтеся перевірити, вони схильні змінювати свої відповіді на те, що вони вважають правильним, сказав Населаріс.

Так Дейкстра під керівництвом Стів Флемінг, експерт з метапізнання в Університетському коледжі Лондона, створив сучасну версію експерименту, яка дозволила уникнути проблеми. У їхньому дослідженні учасники ніколи не мали можливості відредагувати свої відповіді, оскільки їх тестували лише один раз. У роботі було змодельовано та досліджено ефект Перкі та дві інші конкуруючі гіпотези про те, як мозок розрізняє реальність та уяву.

Мережі оцінювання

Одна з цих альтернативних гіпотез говорить, що мозок використовує ті самі мережі для реальності та уяви, але сканування мозку на функціональній магнітно-резонансній томографії (фМРТ) не має достатньо високої роздільної здатності, щоб нейробіологи могли помітити відмінності у використанні цих мереж. Одне з досліджень Муклі, наприклад, припускає, що в зоровій корі головного мозку, яка обробляє зображення, уявні переживання кодуються на більш поверхневому шарі, ніж реальні переживання.

За допомогою функціональної візуалізації мозку "ми примружуємо очі", - сказав Муклі. У кожному еквіваленті пікселя під час сканування мозку міститься близько 1,000 нейронів, і ми не можемо побачити, що кожен із них робить.

Інша гіпотеза, запропоновано дослідженнями на чолі з Джоел Пірсон в Університеті Нового Південного Уельсу полягає в тому, що однакові шляхи в мозку кодують і уяву, і сприйняття, але уява є лише слабшою формою сприйняття.

Під час карантину через пандемію Дейкстра та Флемінг взяли на роботу онлайн-дослідження. Чотирьом сотням учасників було запропоновано подивитися на серію статичних зображень і уявити діагональні лінії, що нахиляються через них вправо або вліво. Між кожним випробуванням їх просили оцінити, наскільки яскравим було зображення за шкалою від 1 до 5. Чого учасники не знали, це те, що в останньому випробуванні дослідники повільно підвищували інтенсивність слабкого проектованого зображення діагональних ліній — нахилені або в тому напрямку, який учасникам сказали уявити, або в протилежному напрямку. Потім дослідники запитали учасників, чи те, що вони побачили, було реальним чи вигаданим.

Дейкстра очікувала, що вона знайде ефект Perky — коли уявне зображення збігається з проектованим, учасники побачать проекцію як продукт своєї уяви. Натомість учасники набагато частіше думали, що зображення дійсно є.

Проте в цих результатах було принаймні відлуння ефекту Perky: учасники, які думали, що зображення було там, бачили його яскравіше, ніж учасники, які думали, що це все їхня уява.

У другому експерименті Дейкстра та її команда не показали зображення під час останнього випробування. Але результат був той самий: люди, які оцінювали те, що вони бачили, як більш яскраве, також швидше оцінювали це як реальне.

Спостереження свідчать про те, що образи в нашому розумовому оці та реальні сприйняті образи у світі дійсно змішуються, сказав Дейкстра. «Коли цей змішаний сигнал сильний або досить яскравий, ми вважаємо, що він відображає реальність». Цілком ймовірно, що існує якийсь поріг, вище якого візуальні сигнали здаються мозку реальними, а нижче якого вони здаються уявними, вважає вона. Але може бути й більш поступовий континуум.

Щоб дізнатися, що відбувається в мозку, намагаючись відрізнити реальність від уяви, дослідники повторно проаналізували сканування мозку з попереднього дослідження, під час якого 35 учасників яскраво уявляли та сприймали різні образи, від лійки до півнів.

Згідно з іншими дослідженнями, вони виявили, що моделі активності зорової кори в обох сценаріях були дуже схожими. «Яскраві образи більше схожі на сприйняття, але менш зрозуміло, чи слабке сприйняття більше схоже на зображення», — сказав Дейкстра. Були натяки на те, що розглядання слабкого зображення може спричинити картину, подібну до тієї, що виникає в уяві, але відмінності не були суттєвими та потребували додаткового вивчення.

Зрозуміло лише те, що мозок повинен мати можливість точно регулювати, наскільки сильним є уявний образ, щоб уникнути плутанини між фантазією та реальністю. «Мозок має цей дуже ретельний акт балансування, який він повинен виконувати», — сказав Населаріс. «У певному сенсі він збирається інтерпретувати уявні образи так само буквально, як і візуальні».

Вони виявили, що силу сигналу можна зчитувати або регулювати у фронтальній корі головного мозку, яка аналізує емоції та спогади (серед інших своїх обов’язків). Але ще не зрозуміло, що визначає яскравість уявного образу або різницю між силою образного сигналу та порогом реальності. Це може бути нейромедіатор, зміни нейронних зв’язків або щось зовсім інше, сказав Населаріс.

Це може бути навіть інша, неідентифікована підгрупа нейронів, яка встановлює поріг реальності та визначає, чи слід перенаправляти сигнал у шлях для уявних образів чи шлях для справжньо сприйнятих — відкриття, яке чітко пов’язує першу та третю гіпотези разом , - сказав Муклі.

Незважаючи на те, що висновки відрізняються від його власних результатів, які підтверджують першу гіпотезу, Муклі подобається їхня лінія міркувань. Це "захоплюючий документ", сказав він. Це «інтригуючий висновок».

Але уява — це процес, який передбачає набагато більше, ніж просто перегляд кількох рядків на фоні шуму, сказав Петро Це, професор когнітивної нейронауки Дартмутського коледжу. За його словами, уява — це здатність дивитися на те, що лежить у вашій шафі, і вирішувати, що приготувати на вечерю, або (якщо ви брати Райт) взяти пропелер, причепити його до крила й уявити, як він летить.

Відмінності між висновками Перкі та Дейкстри можуть бути повністю пов’язані з відмінностями в їхніх процедурах. Але вони також натякають на іншу можливість: ми можемо сприймати світ інакше, ніж сприймали наші предки.

За словами Дейкстри, її дослідження не зосереджувалося на вірі в реальність зображення, а більше на «відчутті» реальності. Автори припускають, що оскільки проектовані зображення, відео та інші представлення реальності є звичним явищем у 21 столітті, наш мозок, можливо, навчився оцінювати реальність трохи інакше, ніж люди всього століття тому.

Незважаючи на те, що учасники цього експерименту «не очікували щось побачити, це все одно більш очікувано, ніж якщо ви перебуваєте в 1910 році і ніколи в житті не бачили проектора», — сказав Дейкстра. Таким чином, поріг реальності сьогодні, швидше за все, набагато нижчий, ніж у минулому, тому може знадобитися уявне зображення, яке є набагато яскравішим, щоб перейти поріг і заплутати мозок.

Основа для галюцинацій

Отримані дані відкривають питання про те, чи може цей механізм бути актуальним для широкого спектру умов, у яких зникає різниця між уявою та сприйняттям. Наприклад, Дейкстра припускає, що коли люди починають занурюватися в сон і реальність починає змішуватися зі світом мрій, їхній поріг реальності може знизитися. За словами Дейкстра, у таких станах, як шизофренія, де є «загальний розпад реальності», може виникнути проблема калібрування.

«При психозі це може бути або те, що їхні образи настільки гарні, що вони просто досягають цього порогу, або це може бути те, що їхній поріг вимкнений», — сказав Кароліна Лемперт, доцент кафедри психології в Університеті Адельфі, який не брав участі в дослідженні. Деякі дослідження виявили, що в людей, які мають галюцинації, є свого роду сенсорна гіперактивність, що припускає що сигнал зображення посилюється. Але необхідні додаткові дослідження, щоб встановити механізм, за допомогою якого виникають галюцинації, додала вона. «Зрештою, більшість людей, які відчувають яскраві образи, не мають галюцинацій».

Нанай вважає, що було б цікаво вивчити пороги реальності людей, які мають гіперфантазію, надзвичайно живу уяву, яку вони часто плутають з реальністю. Подібним чином існують ситуації, коли люди страждають від дуже сильних уявних переживань, які, як вони знають, не є реальними, як-от під час галюцинацій під час наркотиків або в усвідомлених снах. У таких станах, як посттравматичний стресовий розлад, люди часто «починають бачити те, чого вони не хотіли», і це здається більш реальним, ніж повинно було б, сказав Дейкстра.

Деякі з цих проблем можуть включати збої в мозкових механізмах, які зазвичай допомагають визначити ці відмінності. Дейкстра вважає, що було б корисно поглянути на пороги реальності людей, які мають афантазію, нездатність свідомо уявляти ментальні образи.

Механізми, за допомогою яких мозок відрізняє реальне від уявного, також можуть бути пов’язані з тим, як він розрізняє реальні та підроблені (неавтентичні) зображення. У світі, де моделювання стає все ближчим до реальності, відрізнити справжні зображення від підроблених стає все складніше, сказав Лемперт. «Я думаю, що, можливо, це важливіше питання, ніж будь-коли».

Дейкстра та її команда зараз працюють над адаптацією свого експерименту для роботи в сканері мозку. «Тепер, коли карантин закінчився, я хочу знову поглянути на мізки», — сказала вона.

Зрештою вона сподівається з’ясувати, чи зможуть вони маніпулювати цією системою, щоб зробити уяву більш реальною. Наприклад, віртуальна реальність і нейронні імплантати зараз досліджуються для медичного лікування, наприклад, щоб допомогти сліпим людям знову бачити. Здатність зробити досвід більш-менш реальним, за її словами, може бути дуже важливою для таких програм.

Це не дивовижно, враховуючи, що реальність є конструктом мозку.

«Під нашим черепом все вигадано», — сказав Муклі. «Ми повністю створюємо світ у його багатстві, деталях, кольорах, звуках, змісті та хвилюванні. … Його створюють наші нейрони».

Це означає, що реальність однієї людини буде відрізнятися від реальності іншої людини, сказав Дейкстра: «Межа між уявою та реальністю просто не така тверда».