Naš mozak tumači vizuelne informacije kombinujući ono što vidimo sa onim što već znamo. Studija objavljena u časopisu Neuron, koju su sproveli istraživači iz fondacije Champalimaud, otkriva mehanizam za učenje i čuvanje ovog postojećeg znanja o svetu.
Otkrili su da su neuroni povezani da povezuju naizgled nepovezane koncepte. Ovo ožičenje može biti ključno za poboljšanje sposobnosti mozga da predvidi ono što vidimo na osnovu prošlih iskustava i dovodi nas korak bliže razumevanju kako ovaj proces ide po zlu kod poremećaja mentalnog zdravlja.
Kako da naučimo da razumemo naše okruženje? Vremenom, naš mozak gradi hijerarhiju znanja, sa konceptima višeg reda koji su povezani sa karakteristikama nižeg reda koje ih čine. Na primer, saznajemo da se u ormarićima nalaze fioke i da dalmatinski psi imaju crno-bele mrlje, a ne obrnuto.
Ovaj međusobno povezani okvir oblikuje naša očekivanja i percepciju sveta, omogućavajući nam da identifikujemo ono što vidimo na osnovu konteksta i iskustva.
„Uzmite slona“, kaže Leopoldo Petreanu, viši autor studije. „Slonovi su povezani sa atributima nižeg reda kao što su boja, veličina i težina, kao i kontekstima višeg reda kao što su džungle ili safari. Povezivanje koncepata nam pomaže da razumemo svet i tumačimo dvosmislene stimuluse. Ako ste na safariju, možda ćete verovatnije uočiti slona iza žbunja nego što biste inače.
„Slično, saznanje da je to slon čini da je veća verovatnoća da ćete ga percipirati kao sivog čak i pri slabom svetlu sumraka. Ali gde se u tkivu mozga čuva ovo prethodno znanje i kako se ono uči?“
Vizuelni sistem mozga sastoji se od mreže oblasti koje rade zajedno, pri čemu niže oblasti obrađuju jednostavne detalje (npr. male oblasti prostora, boje, ivice) i više oblasti koje predstavljaju složenije koncepte (npr. veće oblasti prostora, životinje, lica).
Ćelije u višim oblastima šalju „povratne informacije“ veze u niže oblasti, stavljajući ih u poziciju da uče i ugrađuju odnose iz stvarnog sveta oblikovane iskustvom.
Na primer, ćelije koje kodiraju „slona“ mogu da šalju povratne informacije funkcijama za obradu ćelija kao što su „siva“, „velika“ i „teška“. Istraživači su stoga počeli da istražuju kako vizuelno iskustvo utiče na organizaciju ovih povratnih projekcija, čija funkcionalna uloga ostaje uglavnom nepoznata.
„Želeli smo da razumemo kako ove projekcije povratnih informacija čuvaju informacije o svetu“, kaže Rodrigo Dias, jedan od prvih autora studije.
„Da bismo to uradili, ispitali smo efekte vizuelnog iskustva na projekcije povratnih informacija do niže vizuelne oblasti zvane V1 kod miševa. Odgajali smo dve grupe miševa različito: jednu u normalnom okruženju sa redovnom izloženošću svetlu, a drugu u mraku. zatim su primetili kako su povratne veze i ćelije na koje ciljaju u V1 reagovale na različite regione vidnog polja.“
Kod miševa odgajanih u mraku, povratne veze i V1 ćelije direktno ispod njih predstavljale su iste oblasti vizuelnog prostora.
Prvi autor Radhika Rajan kaže: „Bilo je neverovatno videti koliko se prostorni prikazi viših i nižih oblasti dobro poklapaju kod tamno uzgojenih miševa. Ovo sugeriše da mozak ima inherentan, genetski plan za organizovanje ovih prostorno usklađenih veza, nezavisnih vizuelnog unosa“.
Međutim, kod normalno odgajanih miševa, ove veze su bile manje precizno usklađene, a više povratnih informacija prenosilo je informacije iz okolnih oblasti vidnog polja.
Rajan nastavlja: „Otkrili smo da sa vizuelnim iskustvom, povratne informacije pružaju više kontekstualnih i novih informacija, poboljšavajući sposobnost V1 ćelija da uzorkuju informacije iz šireg područja vizuelne scene.
Ovaj efekat je zavisio od porekla unutar višeg vizuelnog područja: projekcije povratnih informacija iz dubljih slojeva su bile verovatnije da će preneti okolne informacije u poređenju sa onima iz površinskih slojeva.
Štaviše, tim je otkrio da kod miševa koji se normalno uzgajaju, povratni ulazi dubokog sloja u V1 postaju organizovani prema obrascima koje „više vole“ da vide, kao što su vertikalne ili horizontalne linije. „Na primer,“ kaže Dias, „unosi koji preferiraju vertikalne linije izbegavaju slanje okolnih informacija u oblasti koje se nalaze duž vertikalnog pravca. Nasuprot tome, nismo pronašli takvu pristrasnost u povezivanju kod tamnih miševa“.
„Ovo sugeriše da vizuelno iskustvo igra ključnu ulogu u finom podešavanju povratnih veza i oblikovanju prostornih informacija koje se prenose sa viših na niže vizuelne oblasti“, primećuje Petreanu.
„Razvili smo računarski model koji pokazuje kako iskustvo dovodi do procesa selekcije, smanjujući veze između povratnih informacija i V1 ćelija čije se reprezentacije previše preklapaju. Ovo minimizira redundantnost, omogućavajući V1 ćelijama da integrišu raznovrsniji opseg povratnih informacija.“
Možda kontra-intuitivno, mozak bi mogao da kodira naučeno znanje povezujući ćelije koje predstavljaju nepovezane koncepte i za koje je manje verovatno da će se zajedno aktivirati na osnovu obrazaca iz stvarnog sveta. Ovo bi mogao biti energetski efikasan način za skladištenje informacija, tako da kada naiđete na novi stimulans, poput ružičastog slona, unapred konfigurisano ožičenje mozga maksimizira aktivaciju, poboljšava otkrivanje i ažurira predviđanja o svetu.
Identifikovanje ovog moždanog interfejsa gde se prethodno znanje kombinuje sa novim senzornim informacijama može biti dragoceno za razvoj intervencija u slučajevima kada ovaj proces integracije ne funkcioniše.
Kako Petreanu zaključuje, „Smatra se da se takve neravnoteže javljaju u stanjima kao što su autizam i šizofrenija. Kod autizma, pojedinci mogu sve da percipiraju kao novo jer prethodne informacije nisu dovoljno jake da utiču na percepciju.
„Nasuprot tome, kod šizofrenije, prethodne informacije mogu biti previše dominantne, što dovodi do percepcija koje su interno generisane, a ne zasnovane na stvarnom senzornom unosu. Razumevanje kako su senzorne informacije i prethodno znanje integrisani može pomoći u rešavanju ovih neravnoteža.“
