Ученые раскрыли механизм, позволяющий высшим отделам мозга создавать образы несуществующих объектов

Учёные, применяя лазеры для воздействия на клетки мозга, выяснили источник иллюзий и открыли новые аспекты природы шизофрении. Исследование, проведённое учёными из Калифорнийского университета в Беркли и Института Аллена, было направлено на изучение того, как мозг обрабатывает иллюзии. В рамках эксперимента нейроны мышей облучались лазерами, что позволяло искусственно воспроизводить активность мозга, связанную с ложным распознаванием образов. В результате удалось выявить нейронную цепь и тип клеток в мозге мышей, ответственные за формирование иллюзий.

Согласно статье в журнале Nature Neuroscience, эта нейронная цепь подчёркивает внешние границы иллюзии, помогая мозгу предсказывать, какой информации может не хватать. Клетки, участвующие в этом процессе, получили название «нейроны IC-энкодеры». Их основная функция заключается в отправке сигналов, которые побуждают мозг воспринимать то, чего на самом деле нет, посредством процесса, называемого возвратным завершением паттерна. Этот процесс позволяет мозгу распознавать шаблоны и заполнять недостающую информацию, что помогает организмам лучше понимать окружающий мир.

Доктор философии Хейён Шин, один из исследователей, работающих в Сеульском университете, отметила, что нейроны IC-энкодеры обладают уникальной способностью управлять завершением паттернов. По её словам, у этих клеток может быть специализированная синаптическая выходная связь, позволяющая им очень эффективно воссоздавать эти паттерны. Шин также добавила, что эти клетки получают нисходящие входные сигналы из высших зрительных областей.

Процесс иллюзии начинается в высших зрительных областях и затем передаётся обратно в первичную зрительную кору. Когда информация возвращается, она воспринимается IC-энкодерами в первичной зрительной коре.

Шин и её коллега Хиллел Адесник провели эксперименты с мышами, демонстрируя им оптические иллюзии, такие как треугольник Канижы, и отслеживая их электрическую мозговую активность. Для облучения нейронов использовался метод двухфотонной голографической оптогенетики. Примечательно, что те же паттерны мозговой активности наблюдались даже в отсутствие иллюзии. Эти результаты помогают понять иерархию мозга, демонстрируя, как высшие отделы мозга дают инструкции первичной зрительной коре, подобно тому как руководитель даёт указания подчинённому.

Исследователи подчёркивают, что их работа имеет более широкое значение, выходящее за рамки изучения иллюзий. Определённые заболевания нарушают процессы создания шаблонов, и команда надеется лучше понять эти механизмы. Соавтор Жером Лекок отметил, что при шизофрении возникают паттерны активности, связанные с появлением случайных объектов. Понимание того, какие клетки и в каком слое мозга участвуют в этих процессах, может помочь в лечении.

Проект Шин и Адесника является частью программы OpenScope, которая предоставляет внешним исследователям доступ к передовому оборудованию Института Аллена. Это первый случай, когда обратная связь между высшими и низшими отделами мозга была зафиксирована и изучена у мышей, предоставляя ценный контекст для понимания работы мозга различной сложности.