Jak mozek detekuje překvapení a proč by to mohlo záležet na duševním zdraví

Co se stane v mozku, když naše smysly neodpovídají našim očekáváním – například když uděláme krok, ale neexistuje žádný zvuk nebo zvuk je zpožděn nebo zkreslený? Nová studie vedená neurovědci FMI vrhá světlo na to, jak mozek detekuje a zpracovává tyto momenty smyslového překvapení. Zjištění by mohla nejen prohloubit naše chápání toho, jak mozek interpretuje svět, ale může také otevřít nové cesty pro diagnostiku a sledování psychiatrických podmínek.

Naše mozky neustále předpovídají, co bychom měli vidět a slyšet na základě našich vlastních pohybů a předchozích zkušeností. Když realita neodpovídá těmto předpovědím, některé neurony reagují výrazným signálem-tzv. Chyba predikce.

Předchozí výzkum skupiny Keller na FMI ukázal, že když myši procházejí virtuálním tunelem a vizuální tok je najednou pozastaven, jejich mozky vytvářejí silný signál chyby predikce, ale nebylo jasné, zda to bylo pro vidění jedinečné.

Magdalena Solyga, postdoktor s Kellerem, se rozhodl to zjistit. Ve svých experimentech Solyga navrhla nastavení, kde myši procházely tmavou chodbou s hlasitou a zvuk zvyšuje se v poměru k jejich rychlosti běhu. Zvuk byl občas utlumený – vytvářet nesoulad mezi tím, co myš očekávala a co vlastně slyšela. Neurony v sluchová kůra silně odpověděl, což naznačuje, že signalizace chyby predikce není omezena na vidění, ale může být obecnou funkcí smyslových oblastí mozku.

Dále Solyga představila nesoulady v pohledu i zvuku současně. V této verzi experimentu byly jak vizuální tok, tak zvuk svázány s rychlostí běhu myši – a oba byli občas pozastaveni dohromady. Výsledkem byla překvapivě silná reakce mozku, větší než součet jednotlivých vizuálních nebo sluchových neshod. Některé neurony reagovaly pouze na tento kombinovaný nesoulad, což naznačuje, že mozek integruje různé typy smyslových chyb složitým, nelineárním způsobem, říká Solyga.

Budování výsledků u myší, tým přizpůsobil svůj experiment pro lidi pomocí záznamů EEG a Náhlavní soupravy virtuální reality. V raných testech chodili lidští účastníci při navigaci ve virtuálním prostředí. Když vizuální scéna nečekaně ztuhla, zatímco tělo účastníka se stále pohybovalo, vědci pozorovali jasnou reakci mozku, která naznačuje vizuální nesoulad, podobnou té, kterou je vidět u myší. Tým je nyní začínají testovat kombinované nesoulady u lidí.

Jedním z dlouhodobých cílů tohoto výzkumu je vyvinout spolehlivé biomarkery založené na mozku pro psychiatrické podmínky. Pokud lidé s psychózou vykazují abnormální nebo nepřítomné nesouladové reakce, tyto mozkové signály by mohly být potenciálně použity k pomoci diagnostice nebo sledování účinků léčby-nabízející objektivní opatření než současné symptomy hlášené samostatně.

Převedení tohoto výzkumu do klinické praxe však bude trvat čas. Zaznamenávání mozkových signálů během pohybu je technicky náročné, protože pohyb zavádí šum do dat EEG. Doposud tým testoval 17 zdravých dospělých a jeho cílem je najmout až 50 účastníků, aby zajistili robustní výsledky. Faktory, jako je artefakty účesu a pohybu, mohou ovlivnit kvalitu signálu, takže je nezbytné shromažďovat data z velké skupiny, aby bylo možné vyvodit zobecnitelné závěry o tom, jak mozek funguje, říká Solyga.

Studie také vyvolává nové vědecké otázky. „Nemáme ponětí, jak se odehrává potenciace reakce mozku na chyby predikce: je to prostřednictvím přímé komunikace mezi dvěma smyslovými oblastmi, nebo je v mozku region, který získává informace o všech nesouladech?“ Říká. „Existuje tolik vzrušujících směrů, které je třeba prozkoumat.“

Studie je Publikováno v časopise elife.