Изображение предоставлено Кайл Мэтьюсон
Как мелодия, которая продолжает звучать в вашей голове даже после того, как музыка прекращается, исследователи из Института Бекмана Университета Иллинойса показали, что ритм продолжается, когда речь идет о зрительной системе человека.
В эксперименте, призванном проверить свою теорию о мозговом механизме, участвующем в обработке изображений, исследователи использовали периодические визуальные стимулы и записи электроэнцефалограммы (ЭЭГ) и обнаружили, во-первых, что они могут точно синхронизировать естественные колебания мозга с будущими повторениями события. и, во-вторых, эффект имел место даже после того, как побуждающие стимулы были прекращены. Эти ритмические колебания приводят к повышенной визуальной осведомленности о следующем событии, а это означает, что управление ими может привести к лучшей визуальной обработке, когда это наиболее важно, например, в таких средах, как вышки управления воздушным движением.
Об исследовании сообщили Бекман и члены факультета психологии Моника Фабиани, Габриэле Граттон, Дайан Бек, Алехандро Льерас, первый автор и научный сотрудник Бекмана Кайл Мэтьюсон и студент-психолог Кристофер Прюдомм. Статья «Создание волн в потоке сознания: удерживающие колебания в альфа-канале ЭЭГ и флуктуации визуального восприятия с ритмической визуальной стимуляцией» была опубликована в Интернете в журнале «Когнитивная неврология».
Исследователи написали, что это увлечение осцилляторов мозга можно использовать для синхронизации повторяющейся мозговой активности и, следовательно, для улучшения, "обработка предсказуемых впоследствии стимулов."
"В природе ритмичность присутствует повсюду, поэтому логично, что наш мозг эволюционировал, чтобы быть чувствительным к ритмам в мире и иметь возможность цепляться за них для улучшения нейронной обработки," Ллерас сказал. "Очень приятно иметь возможность показать, что мозг не только работает таким колебательным образом, но и что мы можем использовать это свойство, присущее мозгу, и использовать его для управления реакцией мозга."
Это исследование следует за их отчетом 2010 года, включающим эксперимент по увлечению мозга, в котором была представлена серия повторяющихся вспышек, за которыми последовал слабый целевой стимул. Они обнаружили, что участники были осведомлены только о тех целях, время которых можно было предсказать на основе ритма предыдущих вспышек; мишени, представленные в исходном ритме, не были замечены. Авторы писали, что "осознанием околопороговых стимулов можно манипулировать, увлекаясь ритмическими событиями, подтверждая функциональную роль индуцированных колебаний в лежащей в основе корковой возбудимости, и предлагая правдоподобный механизм временного внимания."
Граттон сказал, что их идея в этом последнем эксперименте была "манипулировать активностью мозга и посмотреть, действительно ли эта манипуляция предсказывала эффективность этого явления."
Это было. Используя ЭЭГ для проверки своей теории, они смогли оценить предсказательные реакции мозга, а также показать, что они могут их контролировать.
"Мы подключили ЭЭГ, чтобы измерить электрическую активность мозга людей, чтобы увидеть, синхронизируются ли их мозговые волны с ритмами, и они были," Мэтьюз сказал. "Затем мы показали, что их видимость цели колебалась в зависимости от времени по отношению к этому ритму. Таким образом, мы зафиксировали время их мозговых волн, и это зафиксировало их способность видеть мир в определенное время."
Статья называется «Создание волн в потоке сознания: удерживающие колебания в альфа-канале ЭЭГ и флуктуации визуального восприятия с ритмической визуальной стимуляцией». Направление исследований восходит к открытию Мэтьюсоном механизма импульсного торможения в мозге, основанного на колебаниях в альфа-фазе. Это открытие подтвердило теорию о том, что мозг иногда измеряет визуальную среду в ритмическом режиме "кадры" а не постоянно, поскольку термин "мозговые волны" подразумевает.
Эта новая работа с использованием измерений ЭЭГ продемонстрировала, что не только эти повторяющиеся колебания влияют на то, что мы видим в мире, но и эти мгновенные колебания "снимки" как их называет Мэтьюсон, управляемы.
"Фактически мы можем выстроить снимки так, как мы хотим, поэтому, если мы хотим, чтобы снимок был в определенный момент, а не в другой, мы можем сделать это," он сказал.
"Просто подвергая мозг предсказуемой последовательности событий, люди не только с большей вероятностью обнаруживали слабую цель, но и могли видеть, как колебания мозга сдвигаются, чтобы соответствовать ритмической последовательности и цели," Бек сказал.
Более того, увлеченные колебания продолжались даже после того, как зрительные стимулы закончились, и внимание испытуемых все еще демонстрировало большую предсказательную осведомленность о будущих визуальных событиях, когда они были в такт с предыдущим ритмом.
"Когда мы перестали использовать энтрейнеры, эта повторяющаяся мозговая активность продолжается," Граттон сказал.
Мэтьюсон сказал, что результаты показывают, что после того, как мозг настраивается на ритмические стимулы,, "он ожидает, что все будет происходить в этом ритме.
"Поэтому, если вы слушаете песню в определенном ритме, вы ожидаете, что следующий бит прозвучит в определенное время," добавил он. "Мы предъявляем участникам повторяющиеся стимулы, и они начинают предсказывать ритм. Затем мы представляем небольшую вспышку света, и они с большей вероятностью увидят ее, если она предсказуема, в такт с предыдущим ударом."
В эксперименте использовались изображения кругов длиной в миллисекунды в качестве стимулов и регистрировались сигналы ЭЭГ испытуемых, обнаруживающих стимулы. Результаты, как они писали, подтверждают теорию импульсного торможения визуальной обработки: "Ритмические колебания осознания, вызванные захватом текущих циклов нервной возбудимости, подтверждают предполагаемую роль альфа-колебаний как импульсного торможения корковой активности."
"Это соответствует нашей теории, согласно которой изменения способности воспринимать стимулы, возникающие ритмично, на самом деле определяются колебаниями в мозге," Граттон сказал.
Фабиани сказал, что механизм импульсного торможения в альфа-фазе или расслабленном состоянии – это способ мозга разумно использовать свои ресурсы.
"Система использует закономерности в окружающей среде, чтобы знать, когда нужно обращать внимание, а когда нет," она сказала. "Наш мозг делает много других вещей, поэтому полезно использовать момент, когда вам действительно нужно уделять внимание.
"В основном, когда вы все время уделяете внимание, ваша производительность равна. С другой стороны, в случае альфа-колебаний у вас действительно высокая производительность, когда она вам нужна, и небольшая, когда она вам не нужна. Так что это более эффективная система."
"Происходит то, что мы не просто уделяем больше внимания в этот момент, мы учимся уделять меньше внимания в этот момент," Граттон добавил. "Так мы учимся игнорировать моменты, которые не важны или бесполезны."
Выводы могут иметь множество последствий. "Альфа действует как механизм сенсорного торможения, который может уменьшить обработку информации, но только на определенных этапах ее цикла" писали исследователи, отмечая при этом возможности, связанные с открытием способа "подготовка" мозг направлен на фокусировку визуального внимания. "Здесь мы предлагаем мощную технику для управления этими волнами сознания, указывающую на то, что мозг способен использовать эти перцептивные снимки высокой возбудимости и оптимальной обработки и согласовывать их с внешними событиями, что является высокоадаптивной функцией, учитывая ритмичность нашего сенсорного мира."
Мэтьюсон сказал, что потенциальные будущие преимущества этого исследования включают разработку человеческих интерфейсов, которые используют возможность контролировать время оптимального внимания кого-то к своему визуальному миру.
"Это был способ узнать больше о том, как мозг обращает внимание на синхронизацию событий в мире," он сказал. "Действительно хорошо изучено, как мы обращаем внимание на область пространства по сравнению с другой областью пространства, но очень ново думать о том, как мы обращаем внимание на этот момент времени по сравнению с следующим моментом.
"Таким образом, мы можем использовать эти закономерности в мире, а наш мозг может их уловить, чтобы сэкономить немного времени и немного улучшить обработку. Если у вас был пилот, и вы действительно хотели, чтобы он знал о предупреждающем сигнале, важно сделать его оптимальное время."
Фабиани упомянул о будущих приложениях для рабочих в критических средах, таких как системы управления воздушным движением или на атомной электростанции.
"Это может быть полезным для прикладных симуляций, таких как авиадиспетчеры, или других вещей, требующих постоянной бдительности, постоянного внимания," она сказала. "Например, если вы работаете, чтобы контролировать оператора, вы бы знали, когда предупреждение может быть представлено более эффективно, чтобы избежать катастрофы."