Яркий объект в рабочей памяти расширил зрачки

Британские ученые выяснили, что реакция зрачка на изменение яркости освещения может происходить и без внешней стимуляции. Для этого они провели три эксперимента, в ходе которого измеряли размер зрачка участников, которым необходимо было вспомнить направление линий либо на темном, либо на светлом круге. В зависимости от того, какой круг необходимо было вспомнить, менялся размер зрачков — точно так же, как при изменении внешнего освещения. Работа опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

За расширение и сужение зрачков отвечают две отдельные мышцы: дилататор и сфинктер. Их работа определяется тем, сколько света попадает на сетчатку: при ярком освещении сфинктер сужает зрачок в течение первых нескольких секунд, а при затемнении дилататор расширяет его — но уже за несколько минут. Сенсорная стимуляция (а точнее, изменение освещения), однако, необязательна для изменения формы зрачка. Так, расширять их могут некоторые психоактивные или медицинские препараты, а также изменение зрачка сопровождает ряд психоэмоциональных состояний.

Ученые под руководством Анны Нобре (Anna Nobre) из Оксфордского университета решили проверить, можно ли регулировать размер зрачков за счет информации, которая хранится в рабочей памяти: другими словами, изменится ли размер зрачков, если человек представит себе яркий объект. Для этого они провели серию экспериментов, в которых приняли участие 25 человек. Размер зрачков оценивали с помощью айтрекера.

Во время первого эксперимента участникам показывали изображения двух кругов — темно- и светло-серого — и просили запомнить направление линий на них. После этого включался звук, который сообщал участникам о том, какой из двух кругов они должны вспомнить. После этого на экране появлялся зеленый круг разной яркости и участникам необходимо было ответить, соответствует ли яркость круга той, которую они вспомнили. Авторы уточняют, что разная яркость зеленого круга не вызывала физиологической реакции зрачка сама по себе. 

Изменение размера зрачка оценивали во время всех стадий эксперимента, начиная со звуковой стимуляции, но только для тех разов, когда яркость зеленого круга оказывалась верной. Анализ данных показал, что зрачки участников в действительности расширяются или сужаются в зависимости от того, какой круг им нужно было вспомнить — темно- или светло-серый.

Второй эксперимент был точно таким же, как и первый, но в этот раз вместо зеленых кругов разной яркости ученые использовали круги, которые были окрашены наполовину или же полностью: это было сделано затем, чтобы проверить, сохранится ли реакция зрачка даже без использования относительной яркости при предоставлении ответа. Ученым удалось воспроизвести результаты предыдущего эксперимента: зрачки также расширялись, когда участникам необходимо было вспомнить темный круг и сужались, когда вспомнить надо было светлый.

Наконец, в последнем эксперименте ученые решили проследить за тем, будет ли подобное изменение зрачка динамическим — то есть изменяться по ходу того, как обновляется рабочая память. Для этого участников научили ассоциировать темный и серый круг с временным отрезком либо в одну, либо в три секунды: соответственно, информация о том, какой круг надо вспомнить, обновлялась с течением времени. Оказалось, что размер зрачка в разные временные отрезки зависит от того, какой круг участники ожидают — темный или светлый.

Успешное выполнение какого-либо задания зачастую требует хранения информации в рабочей памяти, откуда ее можно будет эффективно извлечь и использовать. В этом исследовании такой информацией была яркость визуально представленного объекта, а для выполнения задания ее необходимо было извлечь, что, судя по всему, и сказалось на изменении размера зрачка. Авторам, таким образом, удалось показать, что подобная физиологическая реакция управляется не только восходящими процессами, то есть внешней стимуляции, но может происходить и за счет процессов нисходящих. 

Изменение размера зрачка часто используют при диагностике черепно-мозговых травм: привычное сужение при ярком свете в следствие травмы нарушается. Два года назад разработчики представили приложение, которое может определять черепно-мозговую травму по реакции зрачка с помощью смартфона с аналогом VR-гарнитуры.

Елизавета Ивтушок