Vědci odhalují, jak smysly fungují společně v mozku

Dlouho bylo pochopeno, že prožívání dvou smyslů současně, jako je vidění a sluch, může vést ke zlepšeným reakcím vzhledem k těm, které jsou pozorovány, když se sám zažívá pouze jeden smyslový vstup. Například potenciální kořist, která získává vizuální a sluchové stopy, že se chystá být napadena hadem v trávě, má větší šanci na přežití.

Přesně to, jak je více smyslů integrováno nebo spolupracuje do mozku, bylo pro neurovědci po celá desetiletí oblastí fascinace. Nový výzkum mezinárodní spolupráce vědců na University of Rochester a výzkumného týmu v Irském Dublinu odhalil některé nové klíčové poznatky.

„Stejně jako smyslová integrace, někdy potřebujete lidskou integraci,“ řekl John Foxe, Ph.D., ředitel Institutu pro neurovědu Del Monte na University of Rochester a spoluautor studie, která ukazuje, jak se v mozku děje multisenzorická integrace.

Tato zjištění byla Publikováno v Lidské chování přírody.

„Tento výzkum byl postaven na desetiletích studia a přátelství. Někdy nápady potřebují čas na perkolaci. Existuje tempo vědy a tento výzkum je toho dokonalým příkladem.“

Studie vedl Simon Kelly, Ph.D., profesor na University College Dublin. V roce 2012 jeho laboratoř objevila způsob, jak měřit informace pro rozhodnutí, které se v průběhu času shromažďuje v mozku pomocí signálu elektroencefalografického (EEG). Tento krok následoval roky výzkumu, který stanovil půdu pro tuto práci.

„Měli jsme jedinečně pozici, abychom to řešili,“ řekla Kelly. „Čím více víme o základní architektuře mozku, která je základem takové základní chování, tím lépe můžeme interpretovat rozdíly v chování a signálech spojených s takovými úkoly v klinických skupinách a návrhu mechanicky informovanou diagnostiku a léčba.“

Účastníci výzkumu byli požádáni, aby sledovali jednoduchou animaci dot při poslechu série tónů a stiskli tlačítko, když si všimli změny v tečkách, tónech nebo obojích.

Pomocí EEG byli vědci schopni usoudit, že když došlo k změnám jak v tečkách, tak v tónech, sluchové a vizuální rozhodovací procesy se rozvinuly paralelně, ale spojily se v motorovém systému. To umožnilo účastníkům urychlit jejich reakční časy.

„Zjistili jsme, že akumulační signál EEG dosáhl velmi odlišných amplitud, když byly detekovány sluchové versus vizuální cíle, což naznačuje, že existují odlišné sluchové a vizuální akumulátory,“ řekla Kelly.

Pomocí výpočetních modelů se vědci pokusili vysvětlit vzorce rozhodovacích signálů i reakční doby. V jednom modelu závodí sluchové a vizuální akumulátory proti sobě, aby spustili motorickou reakci, zatímco druhý model integruje sluchové a vizuální akumulátory a poté pošle informace do motorového systému. Oba modely fungovaly, dokud vědci nepřidali mírné zpoždění buď zvukovým nebo vizuálním signálům.

Poté integrační model odvedl mnohem lepší práci při vysvětlování všech dat, což naznačuje, že během multisenzorické (audiovizuální) zkušenosti mohou rozhodovací signály začít na svých vlastních smyslových skladbách, ale poté se integrovat při odesílání informací do oblastí mozku, které vytvářejí pohyb.

„Výzkum poskytuje konkrétní model nervové architektury, jehož prostřednictvím se přijímají multisenzorická rozhodnutí,“ řekla Kelly. „Objasňuje to, že odlišné rozhodovací procesy shromažďují informace z různých modalit, ale jejich výstupy se sbližují na jediném motorickém procesu, kde se spojují, aby splňovaly jediné kritérium pro akci.“

Týmová věda vezme vesnici

V roce 2000, kognitivní neurofyziologická laboratoř Foxe, která byla poté umístěna na City College v New Yorku, přinesla řadu mladých vědců, včetně Kelly a Manuel Gomez-Ramirez, Ph.D., docentka mozků a kognitivních věd na University of Rochester a spoluautora výzkumu.

Právě zde Kelly trávila svůj čas jako postdoktor a byla poprvé představena Multisenzorická integrace a nástroje a metriky použité k hodnocení audiovizuální detekce. Gomez-Ramirez, který byl Ph.D. Student v té době v laboratoři navrhl experiment, aby porozuměl integraci sluchových, vizuálních a hmatových vstupů.

„My tři jsme byli přátelé v průběhu let s velmi odlišným pozadím,“ řekl Foxe.

„Ale jsme spojeni společným zájmem o zodpovězení základních otázek o mozku. Až se spojíme, mluvíme o těchto věcech, provozujeme nápady navzájem a pak o šest měsíců později k vám něco přijde. To je opravdu dobrý příklad, že věda někdy pracuje na delším časovém horizontu.“