Мозг обрабатывает зрительные и слуховые сигналы независимо, но их совместное действие ускоряет реакцию

Долгое время преобладала теория о том, что мозг объединяет сенсорные сигналы в единый поток, который запускает реакцию при достижении определенного порога. Ирландские ученые предложили новую модель, согласно которой зрительные и слуховые сигналы не сливаются, а накапливаются в двух отдельных каналах, которые параллельно и независимо способствуют более быстрому запуску моторной реакции. Результаты их исследования опубликованы в Nature Human Behaviour.

Чтобы проверить свою гипотезу, исследователи провели серию поведенческих и нейрофизиологических экспериментов на добровольцах. Участники получали слабые сенсорные сигналы, например, вспышки света, короткие звуки, или их комбинацию и должны были как можно быстрее нажать кнопку, если замечали стимул. Параллельно активность их мозга регистрировали с помощью электроэнцефалографии (ЭЭГ).

Выяснилось, что при предъявлении одновременно зрительного и слухового сигнала участники реагировали быстрее и с большей точностью, чем при подаче только одного из стимулов. Исследователи предположили, что каждый из сенсорных стимулов может не только самостоятельно способствовать моторной активации, но и ускорять реакцию, действуя совместно c другим сигналом.

При анализе ЭЭГ авторы сосредоточились на двух показателях — компоненте CPP (centro-parietal positivity, характерная активность в центрально-теменной области), отражающем процесс накопления сенсорной информации вне зависимости от модальности, и снижении бета-ритма над моторной корой в области электрода C3, что считается маркером подготовки к движению. Повышение CPP указывало на то, что мозг воспринимает и обрабатывает сенсорный сигнал, а снижение бета-ритма — на готовность испытуемого к нажатию кнопки.

Анализ ЭЭГ показал, что визуальные и слуховые стимулы вызывают CPP-сигналы с разной скоростью и формой нарастания, когда как бета-ритмы над моторной корой, отражающие подготовку к движению, выглядели одинаково независимо от модальности стимула. Это навело ученых на мысль, что зрительная и слуховая информация поступают и обрабатываются в мозге по отдельности, но оба сигнала сходятся на моторном этапе, где и принимается решение о запуске действия.

Чтобы выяснить, как именно мозг обрабатывает сенсорную информацию при принятии решений, исследователи сравнили две вычислительные модели. В одной предполагался единый накопитель сигнала, объединяющий все сенсорные стимулы, а в другой два независимых аккумулятора для зрительных и слуховых стимулов, каждый из которых мог по отдельности или вместе приводить к моторной реакции. Модель, предполагающая разные каналы накопления, лучше объясняла поведение участников, чем модель с интегрированным сигналом. Однако моторная кора всегда достигала одного и того же порога активности перед нажатием кнопки, независимо от того, был стимул визуальным, слуховым или мультимодальным.

Исследователи пришли к выводу, что зрительные и слуховые сигналы не объединяются в единый сенсорный поток, как считалось ранее, а накапливаются независимо и параллельно. Каждый из каналов может по отдельности запустить моторную реакцию, если достигает определенного порога, но при одновременной активации они ускоряют запуск, совместно доводя моторную активность до порогового уровня. Это не просто суммация, а коактивация, при которой сигналы усиливают готовность к действию, сохраняя независимость, и сходятся лишь на последнем этапе в моторной коре. Такой механизм позволяет мозгу быстрее реагировать на сложные и многоканальные стимулы, не теряя гибкости сенсорной обработки.

Это открытие уточняет современные представления об интеграции мультимодальных сигналов и может быть полезно для разработки нейроинтерфейсов, а также для понимания нарушений сенсомоторной интеграции при нейропсихиатрических расстройствах.

Как один и тот же участок мозга отличает боль от зуда