Как мозъкът координира звуковите и визуалните сигнали

За повечето хора гледането на филм изглежда като напълно естествен процес. Следене на диалозите, разчитане на емоциите по лицата на героите, възприемане на музиката и визуалната среда. Ново изследване обаче показва, че зад това привидно нормално преживяване стои сложен механизъм, който непрекъснато определя коя информация е най-важна в дадения момент. Констатациите, публикувани в списанието Nature Communications, разкриват, че фронталният кортекс може да играе ролята на своеобразен „контрольор на трафика“, който насочва вниманието между звуковите и визуалните сигнали в зависимост от ситуацията.

Изследване на мозъка по време на филм

За да разберат как работи този процес, невролози записват мозъчната активност на 19 пациенти с епилепсия, на които временно са имплантирани електроди за клинично наблюдение. Докато са в болница, участниците са помолени да гледат 12-минутен късометражен филм с диалози на английски, гръцки, немски и френски език.

Някои от сцените на чужд език са придружени от английски субтитри, което предоставя възможност за наблюдение на начина, по който мозъкът променя фокуса си между различните източници на информация. Благодарение на директния контакт на електродите с мозъчната тъкан учените успяват да проследят невронната активност с точност до милисекунди – значително по-прецизно от традиционните ЯМР сканирания.

Мозъкът използва специализирани мрежи за обработка на различните видове информация

Резултатите показват, че фронталният кортекс не обработва всички сетивни сигнали по еднакъв начин. Вместо да действа като единен център, той има ясно организирана структура, в която отделни области са специализирани да реагират на различни източници на информация.

Учените установяват, че долните области на фронталния кортекс са по-силно ангажирани при обработката на звуковите сигнали, докато горните проявяват по-голяма чувствителност към визуалните сигнали. Това показва, че мозъкът разпределя обработката на звуковата и визуалната информация между отделни, но свързани помежду си мрежи, които могат да променят своята активност според конкретните изисквания на ситуацията. По този начин мозъкът успява динамично да насочва вниманието си към най-важния източния на информация – например към гласа на говорещия или към изражението и движенията на лицето му.

Според Факсин Джоу, докторант в Катедрата по биомедицинско инженерство на Нюйоркския университет и първи автор на проучването, това подсказва, че фронталният кортекс не е просто общ контролен център, а притежава организирана структура за обработка на различните видове информация, получавани по време на реални преживявания.

Езиковите бариери променят начина на възприятие

Особено интересни се оказват промените в мозъчната активност при смяна на езика. Когато участниците слушат английска реч, която разбират директно, фронталните области са по-ангажирани със слуховата обработка. Когато обаче диалогът преминава на непознат език, активността постепенно се измества към зоните, свързани с визуалната информация. Това подсказва, че зрителите започват да разчитат повече на мимиките, жестовете, движенията на героите и субтитрите, за да следят развитието на сюжета.

За да проверят тази хипотеза, учените привличат и онлайн доброволци, които оценяват отделни сцени от филма. Те посочват кои моменти са най-важни за разбирането на сюжета и дали звукът или картината играят по-съществена роля. Оценките на участниците съвпадат в значителна степен с регистрираната мозъчна активност.

Мозъкът постоянно пренарежда приоритетите си

Според старшия автор на изследването Адийн Флинкър, когато разбирането на речта стане по-трудно, мозъкът автоматично пренасочва ресурсите си към визуалните сигнали. Тази способност за бърза адаптация вероятно е ключова за ориентирането в ежедневната среда, където човек е заобиколен от множество конкуриращи се източници на информация.

Откритието подкрепя идеята, че фронталният кортекс не просто обединява вече обработена информация, а активно определя кои сетивни данни да получат приоритет още преди да достигнат до съзнателното възприятие.

Значение за медицината и възможни приложения

Изследването хвърля нова светлина върху един от най-старите въпроси в невронауката – как човешкият мозък комбинира различните сетивни сигнали в единно възприятие за реалността.

Получените резултати могат да имат практическо приложение при разработването на терапии за хора с езикови нарушения, разстройства от аутистичния спектър, дефицит на вниманието или загуба на слуха. Освен това те могат да послужат като вдъхновение за създаването на по-адаптивни системи с изкуствен интелект, способни да превключват между аудио и визуални данни според конкретната ситуация.

Ограничения на проучването

Въпреки значимите резултати учените подчертават и някои ограничения. Всички участници са диагностицирани с епилепсия, което означава, че не представляват напълно общата популация. Освен това разположението на електродите е определено от медицинските нужди на пациентите, а не от изискванията на научния експеримент.