Представьте охранника казино, который следит за десятками мониторов и должен мгновенно заметить подозрительное изменение на одном из них. Эта задача требует зрительной рабочей памяти, и новое исследование показывает, как именно мозг с ней справляется.
Тета-волны мозга сканируют зрительную рабочую память, как радар
Нейробиологи из Института Пиковера Массачусетского технологического института обнаружили, что способность быстро замечать изменения в поле зрения зависит от тета-волн мозга, которые сканируют зрительную кору как радар сканирует небо.
Мозг, как сумма волн разной частоты https://neurosciencenews.com/theta-waves-visual-memory-29834/
Фронтальные глазные поля, исследованные в этой работе, представляют собой ретинотопическую карту — область мозга, которая отображает визуальную информацию в том же пространственном порядке, в каком она попадает на сетчатку глаза. Это похоже на то, как географическая карта сохраняет взаимное расположение объектов. Такая организация позволяет мозгу эффективно обрабатывать пространственную информацию и контролировать движения глаз. Открытие того, что тета-волна последовательно сканирует эту карту сверху вниз, объясняет, почему наше внимание к разным частям поля зрения меняется ритмически.
Ученые обнаружили, что тета-волны частотой 3-6 Гц проходят через область коры, которая отображает поле зрения, причем делают это неравномерно. В экспериментах животные играли в видеоигру: на экране появлялся массив цветных квадратов, затем исчезал, а через секунду возвращался с одним измененным квадратом. Задача состояла в том, чтобы как можно быстрее обнаружить изменение. Результаты опубликованы в журнале Neuron.
Видео-ритм зрительных полей
Мозговой радар
Анализ сотен попыток показал неожиданную закономерность: точность и скорость реакции зависели от комбинации фазы тета-волны в момент появления измененного квадрата и его положения на экране. Для каждой высоты на экране существовала своя оптимальная фаза волны, причем чем ниже находился квадрат, тем позже наступала эта фаза. То есть сканирование картинки мозгом происходит сверху вниз. «Это показывает, что волны влияют на производительность, когда проходят по поверхности коры. Это говорит о том, что бегущие волны организуют или даже выполняют нейронные вычисления», — отметил профессор Эрл Миллер, один из авторов работы.
Разные виды мозговых волн
Исследование также выявило, что тета-волны регулируют взаимодействие между бета-волнами (8-25 Гц) и гамма-волнами (выше 30 Гц). Мозг использует волны разных частот для разных задач. Бета-волны помогают удерживать в памяти правила игры (что нужно делать), а гамма-волны обрабатывают то, что видят глаза (визуальную информацию). Тета-волны работают как дирижер: когда тета-волна в активной фазе, она подавляет бета-волны и дает гамма-волнам считывать зрительную информацию. Когда тета-волна в тормозящей фазе, бета-волны усиливаются, а поток визуальных данных ослабевает. Так мозг чередует два режима: «видим новое» и « запоминаем увиденное».
Эффект тета-волн усиливался при увеличении количества запоминаемых объектов, что указывает на потенциальное клиническое применение: при расстройствах с пониженной мощностью тета-волн может страдать зрительная память.