«Спящее» зрение: Предсказание для экономии
О том, что в «энергосберегающий» режим способны переходить не только компьютеры, но и наш собственный мозг, мы уже писали («Молочнокислая диета»). Но оказывается, «разумное» управление энергопотреблением мозга включает и куда более сложные механизмы.
Действительно, мозг — самый ресурсоемкий орган нашего организма, он потребляет до 20% всей производимой в нем энергии. И оптимизация его работы — вопрос совершенно критический. В этом процессе задействована и зрительная кора, которая, как показало исследование британских и немецких ученых, не просто пассивно обрабатывает зрительные сигналы, но заранее прогнозирует то, какие сигналы получит в следующий момент, и «сбавляет обороты», если вы находитесь в хорошо знакомом окружении, скажем, своего родного дома. Таким образом, на обработку зрительной информации уходит куда меньше энергии.
«Представьте свой рабочий стол, — рассказывает Ларс Макли (Lars Muckli), один из авторов работы, — Вы видели его уже миллион раз, и мозг ваш заранее представляет, что ему предстоит увидеть, и не тратит лишнее время и ресурсы на внимательную обработку этой картинки. Она уже хранится в памяти. Но если в один прекрасный день вы, войдя с утра в офис, увидите нечто совершенно неожиданное — например, премьер-министра, сидящего за вашим столом, мозгу придется включиться на полную мощь для обработки этой сцены».
Ученые отобрали 12 добровольцев, которым демонстрировали различные визуальные стимулы, параллельно следя за активностью их зрительной коры с помощью томографа. Точнее говоря, стимулом служил экран компьютера, а смотреть предлагалось в определенную точку, над и под которой попеременно вспыхивали яркие точки, что создавало иллюзию движения одной точки.
Вариант с легко предсказуемой ситуацией моделировался с помощью третьей точки, которая появлялась между первыми двумя в определенное время, создавая впечатление плавного движения. А случай с непредсказуемостью моделировался той же точкой, когда появление ее никак не коррелировало с мерцанием первых точек, в итоге разрушая иллюзию движения и создавая впечатление хаотического мигания точек на экране.
Данные об активности первичной зрительной коры добровольцев в первой и второй ситуации показали, что в предсказуемом случае активность нейронов существенно ниже. «Мозг ожидает увидеть предсказуемую картинку и просто нуждается в подтверждении справедливости своего прогноза», — добавляет Макли.
Результаты исследования прекрасно согласуются со сравнительно недавно высказанной нейрофизиологом Карлом Фристоном (Karl Friston) гипотезой «предсказательного кодирования» (predictive coding). Согласно ей, мозг непрерывно занят активными попытками предсказать то, с чем ему предстоит столкнуться в следующее мгновение, вместо того, чтобы просто реагировать на информацию по мере ее поступления.
По мнению авторов работы, этот эффект может объяснять и общеизвестную особенность нашего мозга «пропускать мимо» мелкие изменения, которые происходят в привычном окружении — просто мозг не тратит на его анализ слишком много усилий и видит скорее то, что ожидает увидеть, нежели то, что есть в действительности.
По пресс-релизу University of Glasgow