работа воображения

Представлять самые разные объекты с помощью воображения помогает нам вспоминать прошлое, планировать будущее, ориентироваться в пространстве и создавать произведения искусства. Однако в некоторых случаях слишком яркие и неконтролируемые образы могут быть связаны с психическими расстройствами, включая шизофрению и посттравматическое стрессовое расстройство.

Ранее учёные уже отмечали, что восприятие и воображение задействуют одни и те же области мозга. Например, в экспериментах участникам показывали изображения, а затем просили их представить, и с помощью МРТ показали, что в обоих случаях активируются схожие зоны зрительной коры. Однако такие методы не позволяют понять, что происходит на уровне отдельных нейронов. Поэтому оставалось неясно, используют ли мозг одни и те же клетки, когда мы видим объект и когда просто представляем его. На этот вопрос и попытались ответить учёные из Седарс-Синайского медицинского центра.

Так как для регистрации активности нейронов требуется установка электродов в мозге, исследователи отобрали для эксперимента 16 взрослых пациентов с эпилепсией, которым уже были временно имплантированы электроды для диагностики приступов. Это позволило с высокой точностью регистрировать активность отдельных нейронов во время выполнения заданий.

Сначала пациентам показывали сотни изображений из пяти категорий: лица, животные, растения, текст и повседневные предметы (Рис. 1). В этот момент учёные записывали активность более 700 нейронов в области мозга, отвечающей за распознавание зрительных объектов. Около 450 из них реагировали избирательно, то есть были настроены на определённые категории.

Дальнейший анализ с помощью методов машинного обучения показал, что большая часть таких нейронов реагируют не на целые изображения, а на отдельные визуальные признаки внутри них. Иначе говоря, мозг не хранит картинку целиком, а разбивает её на набор характеристик и затем собирает из них целостный образ. Этот принцип называют «распределённым осевым кодированием» объекта: он ранее был описан у приматов, а в этом исследовании впервые показано, что он работает и у человека и связан с механизмами воображения.

Затем исследователи попросили часть участников представить ранее увиденные изображения. Ученые обнаружили, что около 40% нейронов, активных при реальном зрении, снова включались при воображении, причём воспроизводили тот же «код», что и при просмотре. Более того, у некоторых участников эта активность была настолько выраженной, что исследователям удалось восстановить приблизительные изображения, которые они удерживали в воображении.

Рис. 1. Общий «код» для зрительного восприятия и воображения.
Источник изображения: [2]

(A) Запись активности отдельных нейронов в области VTC (вентрально-височная кора) во время зрительного восприятия и воображения. (B) Схематическое представление модели «оси» для кодирования стимулов. (C) Нейрон VTC, показывающий наиболее сильный отклик на изображения, расположенные дальше всего вдоль предпочтительной оси. (D) Код «оси» позволяет восстанавливать стимул. (E) Тот же нейрон, что и в (C), снова активируется во время воображения. При этом его предпочтение к стимулу сохраняется. (F) Повторная активация «осевого» кода позволяет реконструировать воображаемые стимулы.

«Результаты исследования подтверждают идею о том, что мозг использует своего рода генеративную модель: повторная активация нейронных кодов, задействованных при восприятии, позволяет заново “собирать” образы в воображении», — объясняет первый автор работы нейробиолог Варун Вадиа. По его словам, нарушения воображения встречаются при ряде психических расстройств, включая шизофрению и ПТСР, поэтому понимание этих механизмов может в будущем привести к новым подходам терапии.

Однако многие вопросы остаются открытыми. Так, участники исследования страдали эпилепсией и обладали довольно ярким зрительным воображением, поэтому пока неясно, как эти процессы устроены у людей с более слабым воображением. Не до конца понятно и то, распространяется ли этот механизм на более сложные формы мысленных образов, например когда человек создает новые визуальные идеи или художественные сцены. «Тем не менее это исследование даёт отправную точку для понимания того, как работает творчество и как формируются сложные мысленные образы», — добавляет руководитель работы Ули Рутхаузер.