При движении глаз, внимание сохраняется на важном объекте

В повседневной жизни мы регулярно обращаем внимание на несколько важных объектов, когда смотрим на что-либо. Мы даже в состоянии сделать это, пока мы делаем движения глаз, чтобы следить за остальной частью изображения или «сцены». Так же, как перемещение камеры перемещает местоположение объектов на дисплее камеры, каждое движение глаз перемещает представление зрительной сцены на сетчатке (поверхность рецептора глаза).

Нейробиологи Тао Яо, Стефан Треу и Б. Суреш Кришна из Немецкого центра приматов (ДПЗ) в Геттингене, Германия, хотели понять нейронные механизмы, которые позволяют нам сохранять внимание на важных объектах, даже когда визуальное представление перемещается по сетчатке с каждым движение глаз. Их исследование показывает, что мозг макаки-резуса быстро и эффективно переключает внимание с каждым движением глаз хорошо синхронизированным образом.

Поскольку люди и обезьяны демонстрируют очень похожие движения глаз и зрительную функцию, эти данные, скорее всего, будут обобщены на мозг человека. Полученные результаты могут помочь понять расстройства, такие как шизофрения, пространственное игнорирование и другие нарушения.

Глаз человека (и обезьяны) можно представить как камеру: свет проникает в глаз и падает на сетчатку, где он превращается в нервную активность, которая интерпретируется нашим мозгом, чтобы дать нам ощущение зрения.

Центральная часть сетчатки специализируется на более чувствительном видении более высокого разрешения, чем приграничные области. Поэтому во время естественного видения мы просматриваем сцену, перемещая глаз два-три раза в секунду, чтобы ее центр попадал на разные части сцены. В то же время мы также уделяем внимание важным частям сцены: например, мать может смотреть по всей сцене, даже когда она продолжает обращать внимание на своего ребенка.

Уделение внимания ребенку требует, чтобы мозг улучшал обработку нейронов, которые реагируют на ребенка. Однако это создает сложную проблему для мозга при движении глаз, потому что при каждом движении глаз изображение ребенка падает на другое место сетчатки. Так как различные места сетчатки стимулируют различные зрительные нейроны в мозге, это означает, что один набор зрительных нейронов реагирует на ребенка перед движением глаз, в то время как другой второй набор нейронов реагирует на ребенка после движения глаз.

Таким образом, чтобы оптимально поддерживать внимание к ребенку, мозг должен усилить реакцию первого набора нейронов прямо до начала движения глаз, а затем переключиться на усиление ответов второго набора нейронов, когда движение глаз заканчивается. Тем не менее, являются ли переключатели внимания быстрыми и хорошо синхронизированными с движениями глаз, неизвестно, так как время переключения внимания никогда не измерялось до сих пор.

Чтобы ответить на это, нейробиологи Дао Яо, Стефан Треу и Суреш Кришна из Немецкого центра приматов (ДПЗ) изучили ответы многих одиночных нейронов в мозге двух макак-резусов, пока они участвовали в эксперименте. Чтобы измерить активность одиночных нейронов, ученые вставили электроды, более тонкие, чем человеческий волос в мозг обезьян, и зафиксировали электрическую активность нейронов.

Поскольку мозг не чувствителен к боли, эта вставка электродов была безболезненна для животных. Благодаря записи из отдельных нейронов в области мозга обезьяны, известной как область MT, ученые смогли показать, что повышение внимания действительно переключается с первого набора нейронов на второй набор нейронов быстрым и синхронизированным образом. Поэтому усиление внимания в мозге своевременно, чтобы поддерживать пространственное внимание к соответствующим стимулам, чтобы их можно было оптимально отслеживать и обрабатывать через саккады — быстрые, согласованные движения глаз, происходящие одновременно и в одном направлении.

«Наше исследование показывает, как мозг примата способен уделять внимание соответствующим объектам, даже делая частые движения глаз», — говорит Дао Яо, первый автор публикации. Он поддерживает идею о том, что система визуального внимания и система движения глаз работают синхронно, хорошо скоординированно.

«Наши результаты отвечают на несколько важных вопросов о том, как сенсорные и моторные части мозга взаимодействуют и координируются друг с другом. Кроме того, поскольку координированная сенсомоторная функция, как известно, нарушается при шизофрении, пространственном игнорировании и других нарушениях мозга, наши результаты могут помочь улучшить понимание этих заболеваний », — говорит Дао Яо.

Больше информации: Tao Yao, Stefan Treue, B. Suresh Krishna. Saccade-synchronized rapid attention shifts in macaque visual cortical area MT. Nature Communications, 2018; 9 (1) DOI: 10.1038/s41467-018-03398-3