Ученые обнаружили связь между движениями глаз и когнитивными функциями мозга
Верхнее двухолмие (или верхний колликулус — это область среднего мозга, которая, как традиционно считается, помогает животным ориентироваться в пространстве, например, направлять глаза и голову на яркую вспышку света. Она отвечает в том числе управлением движением глаз (саккадами). Новое исследование Чикагского университета показывает, что эта часть мозга играет важную роль в сложных когнитивных задачах, таких как принятие решений.
Исследовании опубликовано в журнале Nature Neuroscience.
Ученые измерили информацию, содержащуюся в паттернах активности нескольких областей мозга, участвующих в принятии решений при получении визуальных стимулов. Исследователи следили за активностью в верхнем двухолмии (ВД) и части задней теменной коры (ЗТК) — области коры головного мозга, которая важна для визуального восприятия.
Ученые показали что активность в ВД важна в принятии решений о визуальной категоризации. Это позволяет предположить, что область помогает координировать когнитивные процессы высокого порядка, которые традиционно считаются происходящими в неокортексе.
«Это неожиданное место для обнаружения когнитивных сигналов, потому что эта область мозга традиционно ассоциируется с более простым пространственным ориентированием и даже рефлекторными функциями», — говорит Дэвид Фридман профессор нейробиологии и Института нейронаук Университета Чикаго, старший автор исследования.
«У нас есть эволюционно древняя структура мозга, которая, похоже, даже в большей степени участвует в принятии сложных когнитивных решений, чем те участки коры, которые мы прежде изучали в наших экспериментах», — добавил ученый.
Древняя область мозга с удивительными способностями
Всем животным от рыб и рептилий до млекопитающих, таких как приматы и люди, необходимо быстро различать и классифицировать объекты в поле зрения. Является ли движущийся к ним объект препятствием или угрозой? Хищник это или добыча?
Верхнее двухолмие — это область мозга, которая эволюционно сохранилась у всех позвоночных, даже у тех, кто не имеет более сложного неокортекса (коры головного мозга). ВД помогает ориентировать движения головы и направлять глаза на визуальные стимулы, и традиционно считалось, что ВД запускает рефлекторные моторные действия, передавая входные сигналы от коры.
Однако последние исследования показали, что ВД и само участвует в решении сложных задач, таких как выбор ориентации и направление внимание к стимулам в разных пространственных точках.
Фридман и его коллеги в новом исследовании хотели выяснить, участвует ли ВД в абстрактном мышлении. В ходе исследования они обучили обезьян выполнять визуальную задачу принятия решений. Обезьяны рассматривали изображения на экране компьютера. Животные получали фруктовый сок за то, что в нужный момент нажимали на кнопку, чтобы отнести изображения к правильным категориям.
Пока животные выполняли задание, исследователи регистрировали активность клеток мозга в ВД и задней теменной коре (ЗТК), которая, как ранее показала лаборатория Фридмана, участвует в принятии решений при выполнении подобных задач.
Для решения задачи животные должны были удерживать взгляд на одной точке и обозначать свой выбор движением руки. Ученые регистрировали активность мозга, необходимую для определения, какой объект видит животное, а не движение глаз или головы, которые обычно считаются работой ВД.
Исследователи увидели, что в ВД наблюдается большая активность, кодирующая категории изображений, на которые смотрели животные, причем эта активность была более сильной, чем в ЗТК. «Наши результаты показывают, что верхнее двухолмие действительно важно для выполнения когнитивных задач», — говорит Фридман.
Почему картинка для нас понятнее, чем текст
Фридман обратил внимание на движения глаз и жесты рук, которые делает человек, когда пытается что-то вспомнить или принять решение. Например, если кто-то спрашивает, что вы ели на ужин вчера вечером, ваши глаза часто устремляются вверх, как будто ответ написан на потолке. Или, взвешивая решение между двумя вариантами, вы можете двигать руками вверх-вниз, как будто руки — это чаши весов.
«Причина, по которой мы разводим руками или закатываем глаза, заключается в том, что части мозга ответственные за пространственную ориентацию привлекаются для помощи в выполнении совсем непространственных когнитивных функций», — говорит соавтор исследования Барбара Пейсахович.
Каждый из нас сталкивался с ситуацией, когда трудно понять что-то, написанное текстом — например, длинный пресс-релиз об исследовании в области нейронаук, — но когда та же информация представлена в виде графика, все сразу встает на свои места.
«Говорят, что картина стоит 1000 слов — даже очень простая пространственная диаграмма может быстро передать гораздо больше информации, чем вы можете описать», — говорит Фридман. — «Верхнее двухолмие словно создает эту прекрасную мысленную графику, которую мозг может использовать для решения как пространственных, так и когнитивных задач».