Badacze z Massachusetts Institute of Technology pokazali, jak półkule mózgu przekazują sobie informacje wzrokowe. Mechanizm przypomina sztafetę – przez chwilę obie strony „trzymają” obiekt naraz. Dzięki temu nie zauważamy, że kiedy obraz przesuwa się z jednej strony pola widzenia na drugą, jego przetwarzaniem zajmuje się już inna półkula
Gdy ptak przelatuje przed oczami albo rowerzysta mija nas na ulicy, obraz nagle się nie urywa. Choć to, co widzimy po lewej stronie, trafia do prawej półkuli, a to, co po prawej – do lewej, nasze doświadczenie pozostaje spójne. Badanie przeprowadzone w Picower Institute for Learning and Memory pokazuje, w jaki dokładnie sposób odbywa się to przekazanie obrazu.
„Dla wielu osób zaskoczeniem jest fakt, że półkule działają częściowo niezależnie, bo nie odpowiada to temu, jak postrzegamy rzeczywistość” – mówi prof. Earl K. Miller, neurobiolog z MIT.
Sztafeta fal mózgowych
Zespół dr. Matthew Broscharda i dr. Jeffersona Roya rejestrował aktywność neuronalną zwierząt obserwujących obiekty poruszające się przez środek pola widzenia. Badacze mierzyli zarówno impulsy pojedynczych neuronów, jak i fale mózgowe – rytmiczne wahania aktywności powstające ze skoordynowanej pracy tysięcy komórek.
Źródło: Wikimedia Commons, autor: Jim87
Okazało się, że przekazanie informacji między półkulami odbywa się dzięki współdziałaniu kilku typów fal. Fale gamma, które odpowiadają za kodowanie bodźców sensorycznych, najpierw dominowały w półkuli „wysyłającej”, a następnie pojawiały się w „odbierającej”. Fale beta regulowały ich aktywność. Ważną rolę pełniły też fale alfa i theta – pierwsze przygotowywały obie półkule do transferu, drugie potwierdzały jego zakończenie.
„Kiedy obiekt zbliżał się do środka pola widzenia, półkula odbierająca zaczynała odzwierciedlać wzorzec aktywności półkuli wysyłającej. Dopiero po przejściu obiektu na drugą stronę dominację przejmowała nowa półkula” – podsumowuje Miller.
Neurony w roli nadajników i odbiorników
Analiza sygnałów neuronowych potwierdziła te wyniki. Dzięki specjalnym algorytmom badacze mogli śledzić, jak reprezentacja obiektu „przechodzi” z jednej półkuli do drugiej. W trakcie transferu obie półkule kodowały tę samą informację – tak jak w sztafecie dwóch biegaczy przez chwilę trzyma pałeczkę jednocześnie.
W próbach, w których obiekt nie przekraczał środka pola widzenia, mechanizm przekazania nie występował. To dowód, że nie chodzi o pasywne „przełączanie się” pól widzenia, lecz o aktywny proces wymiany informacji.
Od teorii do praktyki
Badanie opublikowane w Journal of Neuroscience ma znaczenie nie tylko teoretyczne. Zaburzenia koordynacji między półkulami występują w takich chorobach, jak schizofrenia, autyzm, depresja, dysleksja czy stwardnienie rozsiane. Lepsze poznanie dynamiki fal mózgowych odpowiedzialnych za transfer może pomóc w diagnostyce i terapii tych zaburzeń.
Odkrycia mogą też inspirować inżynierię. Zrozumienie, jak mózg wykonuje błyskawiczne i niezauważalne „handoffy” między półkulami, może przyczynić się do rozwoju nowych systemów sztucznej inteligencji – na przykład w rozpoznawaniu obrazu czy zarządzaniu wieloma strumieniami danych w czasie rzeczywistym.
„Te wyniki sugerują, że istnieją aktywne mechanizmy przekazujące informacje między półkulami. Mózg nie tylko reaguje na zmianę, ale także przewiduje ją i potwierdza, że transfer się powiódł” – piszą autorzy pracy.
Źródła:
Picower Institute for Learning and Memory, MIT: How the brain splits up vision without you even noticing