Ученые рассказали о «бутылочном горлышке» при обработке изображений человеческим мозгом

Авторы работы, опубликованной в Journal of Vision, описали явление сбоя визуальной обработки. Оно возникает, если на нейроны, обрабатывающие изображения, начинают поступать все новые и новые визуальные сигналы со слишком большой скоростью. Из-за этого возникает «затор», нейроны не справляются с потоком и некоторые образы начинают «выпадать», не доходя до уровня сознания.

Команда нашла доказательство того, что «узкое место» может возникнуть в нейронах  пути, по которому проходят сигналы от зрительной стимуляции. Этот нейрональный путь начинается в зрительной коре, расположенной в задней части мозга и распространяется вперед, быстро обрабатывая визуальные сигналы до лобной коры. Затем этот путь дает «обратную связь», снова отправляя сигналы обратно в области, в которых проходила первичная обработка. По итогам испытаний, именно при обратной связи возникает сбой. Этот этап нужен, чтобы результат обработки мозгом изображения достиг сознания участников эксперимента, сообщают ученые.

«Предыдущие исследования показали, что люди довольно слабы в отслеживании объектов внимания, которые появляются близко друг к другу во времени, хотя человеческий мозг может обрабатывать до 70 изображений в секунду. Наше исследование показывает конкретное ограничение зрительной системы и объясняет, почему наше сознание не может держаться на этом уровне. Когда кто-то говорит вам, что он не видел чего-то, что происходило в хаотической ситуации, то возможно, он видел, но он не знал, что он это сделал», — поясняет старший автор исследования, нейробиолог Максимилиан Ризенхубер, профессор неврологии в Медицинском центре Джорджтаунского университета.

Авторы провели серию экспериментов. Испытуемым показывали 1200 изображений, разделенных на две группы. Целевая группа изображений показывала животных, а отвлекающая — пейзажи. Участникам предъявляли изображения по 12 картинок в секунду, и им было нужно рассказать, на скольких картинках были изображены животные и назвать этих животных. В серии их могло не быть совсем, или быть одно животное, или два. 

Во второй части экспериментов таких потоков было два, на двух экранах одновременно. В процессе у людей снимали волновую активность мозга с помощью ЭЭГ. Оказалось, что сбой в визуальной обработке происходит, если задняя часть мозга стимулируется вторым изображением до того, как завершается обратная связь и цикл обратной связи, необходимый для успешного осознания первого изображения.

Исследователи отмечают, что работа показывает существующие ограничения при обработке мозгом визуальных стимулов. Эти данные могут помочь при составлении различных программ обучения, в том числе в областях, требующих принятия решений в сложных условиях.

«В дополнение к введению теории, объясняющей основную причину недостаточной осведомленности, наше исследование также показывает, как избежать «сбоя» нейронального сигнала и повысить осведомленность. Когда мы экспериментально уменьшили помехи между частями прямой связи и обратной связи двух стимулов, мы наблюдали улучшение характеристик обнаружения и категоризации. <…> Такие результаты являются захватывающими, потому что они могут привести к новым методам ускорения когнитивной обработки и обучения у людей», — объясняет ведущий автор исследования, Джейкоб Дж. Мартин.