Od obrazów do neuronów, czyli seans filmowy w mózgu

Gdy oglądamy trudne, wymagające skupienia sceny filmowe, w mózgu uruchamiają się obszary odpowiadające za podejmowanie decyzji i rozwiązywanie problemów. Oglądanie prostszych scen aktywuje inne neurony, m.in. te uczestniczące w przetwarzaniu języka – odkryli naukowcy.

Kiedy oglądamy film, obraz z ekranu trafia siatkówkę i za pośrednictwem nerwów wzrokowych przez wzgórze do kory wzrokowej. Kora rozkłada obraz na prostsze elementy, np. kolory i kształty. One są przenoszone do kory asocjacyjnej (kojarzeniowej) odpowiedzialnej za przetwarzanie i rozumienie komunikatów sensorycznych przesyłanych z różnych części ciała. W końcu mózg wiąże te informacje ze wspomnieniami i zapisuje w hipokampie oraz korze węchowej (która ma silne połączenia z obszarami odpowiedzialnymi za pamięć). Tam też trafiają sygnały z kory słuchowej.

Ten mechanizm jest dobrze znany badaczom. Jednak do niedawna nie było jasne, w jaki sposób różne obszary kory mózgowej są aktywowane podczas stymulacji wzrokowej i słuchowej – takiej, jaką zapewnia na przykład oglądanie filmów. Zespół naukowców z USA, Wielkiej Brytanii i Iranu postanowił to sprawdzić, a wyniki jego badań ukazały się w czasopiśmie „Neuron” (https://www.cell.com/neuron/fulltext/S0896-6273(24)00726-8).

Mapę aktywności mózgu naukowcy stworzyli dzięki danym zebranym w ramach amerykańskiego programu Human Connectome Project (2010-2015). Ten program zakładał zmapowanie połączeń makroskalowych – ścieżek tworzonych przez wiązki włókien nerwowych – w ludzkim mózgu. Opublikowana właśnie praca powstała na podstawie skanów mózgu 176 młodych dorosłych z tamtych badań.

>>> Nasz mózg tworzy kilka równoległych „kopii zapasowych” wspomnień

Za pomocą funkcjonalnego obrazowania metodą rezonansu magnetycznego (fMRI) zarejestrowano aktywność poszczególnych obszarów mózgu u osób, które oglądały fragmenty filmów. Uczestnikom eksperymentu pokazywano klipy z filmów dokumentalnych i fabularnych, w tym z hollywoodzkich hitów takich jak „Incepcja” albo „Kevin sam w domu”.

Jak piszą autorzy opracowania, sieci neuronowe aktywują się podczas wykonywania konkretnych operacji procesów poznawczych. W przypadku prostszych zadań (np. usłyszenia lub zobaczenia bodźca) poszczególne neurony łączą się w tzw. obwody neuronowe. Gdy jednocześnie zostanie aktywowanych kilka takich obwodów – wymagają tego bardziej skomplikowane zadania – tworzą się funkcjonalne sieci mózgu. W większości dotychczasowych badań wykorzystywano skany fMRI u osób w spoczynku. Tymczasem bez zewnętrznej stymulacji wiele obszarów mózgu nie jest w pełni aktywnych. Dlatego zespół dr. Reza Rajimehra, neurobiologa z Massachusetts Institute of Technology (MIT) i głównego autora badania, chciał sprawdzić, jak na obrazie z rezonansu magnetycznego wygląda reakcja mózgu na konkretne bodźce.

Wyniki badań uśredniono, a do identyfikacji aktywności poszczególnych obszarów mózgu wykorzystano sztuczną inteligencję. Później naukowcy sprawdzili, które sieci funkcjonalne aktywowały się pod wpływem konkretnych fragmentów filmów. Interesowało ich, jak reagował mózg, kiedy na ekranie pojawiali się ludzie, zwierzęta lub przedmioty albo gdy w scenie toczył się dialog.

>>> W jaki sposób modlitwa zmienia twój mózg? 

Analiza wykazała, że aktywność mózgu u widzów występowała w 24 sieciach mózgowych. Inne uruchamiały się, gdy na monitorze widoczne były ludzkie twarze lub ciała, inne, kiedy sekwencja pokazywała miejsca i punkty orientacyjne, jeszcze inne były aktywne, gdy w filmie pojawiały się dialogi albo sceny akcji.

Z analizy skanów fMRI wynika również, że w zależności od stopnia trudności informacji mózg wykorzystuje inne sieci. Gdy treść filmu była trudna do zrozumienia lub niejednoznaczna, zwiększona aktywność pojawiała się w obszarach odpowiedzialnych za funkcje wykonawcze. To m.in. planowanie, celowe działanie, efektywne wykonywanie zadań i odpowiednie wykorzystywanie informacji – czyli elementy kluczowe dla takich złożonych czynności jak rozwiązywanie problemów albo podejmowanie decyzji. Z kolei kiedy fragmenty filmów były bardziej zrozumiałe, włączały się regiony mózgu o bardziej konkretnych funkcjach, takich jak przetwarzanie języka.

Naukowcy uważają, że kolejnym krokiem do lepszego poznania mechanizmów przetwarzania informacji w mózgu powinna być zindywidualizowana – a nie, jak tym razem uśredniona – analiza aktywności sieci neuronowych mózgu.

Zobacz także