Каждый школьник-физик узнает, что звук и свет движутся с очень разными скоростями. Если бы мозг не учитывал эту разницу, нам было бы намного труднее определить, откуда исходят звуки и как они связаны с тем, что мы видим.
Вместо этого мозг позволяет нам лучше понимать наш мир, играя трюки, так что изображение и звук, создаваемые одновременно, воспринимаются как синхронные, даже если они достигают мозга и обрабатываются нейронными цепями с разной скоростью.
Одна из уловок мозга — временная перекалибровка: изменение нашего чувства времени для синхронизации нашего совместного восприятия звука и зрения. Новое исследование показало, что повторная калибровка зависит от сигналов мозга, которые постоянно адаптируются к окружающей среде, чтобы выбирать, упорядочивать и связывать конкурирующие сенсорные сигналы вместе.
Ученые из Neuro (Монреальского неврологического института-больницы) университета Макгилла набрали добровольцев, которые наблюдали короткие вспышки света в паре со звуками с различными задержками, и попросили их сообщить, думают ли они, что оба произошли одновременно. Участники выполняли эту задачу в аппарате магнитоэнцефалографии (МЭГ), который регистрировал и отображал их мозговые волны с точностью до миллисекунды. Аудиовизуальные пары стимулов менялись каждый раз, звуки и визуальные объекты представлялись ближе или дальше друг от друга во времени и в случайном порядке представления.
Исследователи обнаружили, что на восприятие добровольцами одновременности звуковых и визуальных стимулов в паре сильно влияла воспринимаемая одновременность пары стимулов перед ним. Например, если представить звук, за которым следует визуальный интервал в миллисекундах, и он воспринимается как асинхронный, гораздо более вероятно, что следующая пара аудиовизуальных стимулов будет считаться синхронной, даже если это не так. Эта форма активной временной перекалибровки является одним из инструментов, используемых мозгом, чтобы избежать искаженного или несвязанного восприятия реальности и помочь установить причинно-следственные связи между изображениями и звуками, которые мы воспринимаем, несмотря на разные физические скорости и скорости нейронной обработки.
Сигналы МЭГ показали, что это умение мозга стало возможным благодаря уникальному взаимодействию между быстрыми и медленными мозговыми волнами в слуховой и зрительной областях мозга. Более медленные ритмы мозга соответствуют временным колебаниям возбудимости в цепях мозга. Чем выше возбудимость, тем легче внешний вход регистрируется и обрабатывается принимающими нейронными сетями.
Основываясь на этом, исследователи предлагают новую модель для понимания повторной калибровки, согласно которой более быстрые колебания, возникающие поверх более медленных колебаний, создают дискретные и упорядоченные временные интервалы для регистрации порядка сенсорных входов. Например, когда аудиосигнал достигает первого доступного временного интервала в слуховой коре, а вместе с ним и визуальный вход, пара воспринимается как одновременная. Чтобы это произошло, мозгу необходимо расположить визуальные временные интервалы немного позже, чем слуховые, чтобы учесть более медленную физиологическую передачу визуальных сигналов. Исследователи обнаружили, что эта относительная задержка между нервными слуховыми и визуальными временными интервалами — это динамический процесс, который постоянно адаптируется к недавнему воздействию аудиовизуального восприятия каждого участника.
Их данные подтвердили новую модель динамической интеграции, показав, как эти тонкие десятки миллисекунд задержки быстрых колебаний мозга могут быть измерены у каждого человека и объяснить их соответствующие суждения о воспринимаемой одновременности.
При аутизме и нарушениях речи нарушается обработка органов чувств, особенно слуха. При шизофрении на пациентов также могут влиять воспринимаемые искажения сенсорных сигналов. Нейрофизиологические механизмы временной перекалибровки, описанные в этом исследовании, могут быть изменены при этих расстройствах, и их открытие может выявить новые исследовательские цели по устранению этих дефицитов.
«В целом, это исследование подчеркивает, что наш мозг постоянно поглощает и адаптируется к бомбардировке сенсорной информации из различных источников», — говорит Сильвен Байе, исследователь из Neuro и старший автор исследования. «Чтобы разобраться в нашей сложной окружающей среде, включая социальные взаимодействия, мозговые цепи активно корректируют тонкие физиологические механизмы, чтобы лучше предвидеть и предсказывать природу и время внешних раздражений. Это помогает нам построить гибкую и адаптивную ментальную карту их представления».
