Теннисистка может отбить летящий мяч, хотя мозг его еще не видит. Unsplash
Психологи Квинслендского технологического университета, Брисбен, Австралия показали, как мозг обрабатывает процессы, чья скорость превышает время реакции мозга. Ученые показали, что сетчатка запускает нейронную волну, которая опережает время получения информации и экстраполирует, например, траекторию быстро движущегося объекта.
Вы первоклассный теннисист, который принимает подачу на скорости 180 км/ч. За примерно 80 миллисекунд, которые требуются вашему мозгу, чтобы зарегистрировать положение стремительно летящего мяча, он продвинулся еще на 4 метра, и все же вы его отбили. Как вам это удалось?
Как работают глаза и мозг, чтобы доставить ракетку в нужное место в нужное время и вернуть подачу, несмотря на задержки нейронной обработки? На этот вопрос психологи Квинслендского технологического университета, Брисбен, Австралия доктор Уильям Тернер и доцент Хинце Хогендорн решили ответить, обобщив 30-летние исследования способности мозга корректировать собственные задержки. Исследование получило название «Нейронные механизмы экстраполяции зрительных движений».
Понимание нейронных механизмов, которые компенсируют естественные задержки обработки, может выявить способности и ограничения для водителей по мере их старения, профессиональных теннисистов или киберспортсменов, которые, по словам доктора Тернера, «обладают самым быстрым временем реакции в мире».
Доктор Тернер говорит, что в исследовании рассматривается «прогнозирующая экстраполяция движения», которая «включает в себя использование информации о траектории, пройденной объектом, для вывода о его вероятном текущем положении».
Как нейронная волна предсказывает события
«Мы разработали инструмент, позволяющий понять, как различные нейронные механизмы зрительной системы предсказывают положение движущегося объекта в реальном времени», — говорит доктор Тернер. — «Эти механизмы позволяют мозгу представлять объекты не там, где они были, а там, где они (вероятно) находятся сейчас».
Экстраполяция движения в коре головного мозга. Сравнение активности на уровне популяции нейронов, вызванной движущимися и статичными стимулами в области 17 у кошки. Активность через 50 мс после начала вспышки стимула (вверху) по сравнению с активностью через 50 мс после того, как движущийся стимул достиг той же позиции (внизу). Активность движущегося стимула смещена в направлении движения.
«Сетчатка глаза запускает процесс прогнозирования — это означает, что еще до того, как сигналы о реальном положении попадут в наши глаза, мы автоматически начинаем предсказывать положение движущегося объекта. Сетчатка посылает сигналы в мозг, но не получает обратной связи, что позволяет предположить, что в некотором смысле механизмы экстраполяции встроены в мозг».
Когда объект движется перед нашими глазами, в сетчатке и областях мозга, в которые распространяется сигнал от нее, запускается волна активности, подобная волне, расходящейся от носа лодки.
Зрение и мозг
Ученые показали, что механизм нейронной экстраполяции задает форму этой волны, сдвигая ее по траектории движения, поэтому в конечном итоге она «догоняет» объект и отслеживает его положение в реальном времени. Когда нейроны передают сигналы друг другу, они формируют волну активности, «усиливая» ее передний фронт и «ослабляя» задний фронт.
Доктор Тернер говорит: «Затухание волны происходит, когда популяции нейронов получают устойчивый сигнал, заставляя их "успокаиваться". Это меняет форму волны и как бы "толкает" ее вперед».
Результаты этого обзора указывают на необходимость дальнейших исследований того, как время реакции замедляется с возрастом и как это влияет на критические реакции.
