Оптическая иллюзия движения вызвала «зависание» мозга

При восприятии иллюзорного движения при рассмотрении оптической иллюзии Пинны – Брелштаффа, которая заставляет статичные круги двигаться в разных направлениях при движении головой по направлению к изображению или от него, происходит небольшая (15 миллисекунд) задержка в работе отделов мозга, которые отвечают за восприятие движения. Это с помощью эксперимента на макаках, в мозг которых были вживлены электроды, показали китайские ученые. Статья опубликована в The Journal of Neuroscience.

Оптические иллюзии (если вы плохо представляете, что это, можете пройти наш новогодний тест «Уточка или зайчик?», что при просмотре оптических иллюзий движения (например, той же иллюзии Пинны — Брелштаффа) наблюдаемое иллюзорное движение кажется мозгу реальным: в его восприятии активна средняя височная область, которая отвечает за обработку реального движения. 

При этом до сих пор непонятно, как именно иллюзия движения возникает в статичной картинке. Изучить этот вопрос подробнее решили китайские ученые под руководством Цзюньсяна Ло (Junxiang Luo) из Инстутита нейронаук Китайской академии наук. Они решили сосредоточиться на активности в двух участках зрительной коры: дорсальной части средней верхневисочной области и средней височной области. 

В их эксперименте приняли участие макаки, в зрительную кору которых были вживлены электроды. Перед началом эксперимента на макаках ученые провели исследование с участием людей. Девяти добровольцам показывали иллюзии Пинны — Брелштаффа, составленные из пятен Габора, расположенных в несколько кругов. В зависимости от иллюзии, которую пытались воспроизвести ученые, пятна были расположены в кругах с наклоном в 45 градусов вправо, в 45 градусов влево и прямо, а для облегчения задачи круги либо расширялись, либо сужались. Участникам необходимо было сообщить, как движутся круги в зависимости от того, становится рисунок дальше или ближе. В обратном задании круги не были статичны, а двигались против часовой и по часовой стрелке: в этом случае участникам необходимо было отметить, видят они расширение или же сужение кругов.

В зависимости от наклона пятен Габора в иллюзии Пинны — Брелштаффа направление движения показалось участникам разным: так, при наклоне пятен влево круги иллюзорно двигались по часовой стрелке при расширении и против часовой стрелки при сужении (и обратный паттерн наблюдался при наклоне пятен вправо). При этом реальное движение пятен против часовой стрелки создавало иллюзию сужения для пятен, наклоненных в кругах влево, а движение по часовой стрелке создавало иллюзию расширения (опять же, обратный паттерн наблюдался для пятен, наклоненных вправо). При этом круги, состоящие из прямоориентированных пятен Габора, никакой иллюзии движения не вызывают.

Затем ученые провели эксперимент с участием двух макак, которые изначально учились распознавать различные направления движения по кругам с прямоориентированными пятнами Габора: для этого круги крутили по и против часовой стрелки, а также сужали и расширяли, после чего предлагали макакам выбрать на компьютере, какое именно движение они наблюдали. После успешного обучения ученые повторили на макаках эксперимент, проведенный на людях, меняя скорости движения и увеличив максимальную скорость в два раза. Ученые выяснили, что макаки воспринимают иллюзорное движение схожим образом: при этом порог восприятия стимула зависел от скорости вращения или расширения/сужения.

После того, как ученые убедились, что макаки видят иллюзию Пинны — Брелштаффа так же, как ее видят люди, они провели итоговое исследование активности зрительной коры их головного мозга. Ученые выяснили, что нейроны дорсальной части средней верхневисочной области и средней височной области одинаково активируются как при наблюдении за реальным движением, так и при наблюдении за движением иллюзорным (как по кругу, так и расширением/сужением). При этом при наблюдении за иллюзорным движением нейроны дорсальной части средней верхневисочной извилины активируются на 15 миллисекунд позже, чем при наблюдении за движением реальным.

Оба изученных отдела зрительной коры отвечают за восприятие сложного движения — к примеру, того самого, которое наблюдается при вращении окружностей при их приближении или отдалении. При этом дорсальная часть средней верхневисочной области активируется раньше, по-видимому, разграничивая характер наблюдаемого движения для дальнейшей обработки средней височной извилиной. При наблюдении за иллюзорным движением (тем самым, которое возникает в оптических иллюзиях) нейронам этой области, по мнению ученых, нужно дополнительное время на обработку. Исходя из того, что восприятие иллюзорного движения в оптической иллюзии Пинны — Брелштаффа оказалось схожим у макак и людей, также можно предположить, что схожая задержка может наблюдаться и в работе зрительной коры человеческого мозга.

Пока специалисты в области когнитивных наук и нейробиологии изучают то, как люди воспринимают оптические иллюзии, разработчики учат нейросети создавать их самостоятельно. Получается у них, правда, не очень хорошо.

Елизавета Ивтушок