В отличие от обычных электрических сигналов, которые остаются на месте, бегущие волны движутся через ткани мозга, меняя чувствительность разных групп нейронов. Представьте, что в каждый момент времени некоторые участки коры особенно восприимчивы к стимулам, а другие — приглушены. Эта динамика может влиять на наше внимание, восприятие и даже поведение. Впервые такие волны в визуальной системе бодрствующих животных лаборатория Джона Рейнольдса из Института Солка обнаружила в 2020 году — до этого их наблюдали только под наркозом, и многие считали их артефактом.

В новой статье команда Рейнольдса предложила концептуальную модель, в которой бегущие волны выполняют четыре взаимосвязанные функции.

Во-первых, они регулируют восприятие в реальном времени, делая мозг более или менее чувствительным к приходящим сигналам. Во-вторых, сохраняют временное представление о недавних сенсорных событиях — «рабочую память» сенсорной информации. В-третьих, прогнозируют, что произойдет в следующий момент. И в-четвертых, «проигрывают» последовательности, связанные с воспоминаниями о событиях, разворачивающихся во времени. Все эти функции — единый механизм, работающий через рекуррентные нейронные сети, в которых нейроны постоянно обмениваются информацией, пишет Scitech Daily.

Сила связей между нейронами меняется с опытом. Каждое зрительное событие, звук, движение оставляют в них свой след. Со временем мозг накапливает статистические закономерности окружающей среды — например, что предметы не исчезают бесследно, что движение обычно непрерывно, что свет падает сверху.

«В определенном смысле это похоже на то, как работают большие языковые модели вроде ChatGPT, — объяснил Рейнольдс, руководитель научной группы. — Они усваивают статистическую структуру языка и используют эти знания для генерации осмысленного, грамотно выстроенного текста, отражающего языковые закономерности. Возможно, мозг выполняет функционально схожую задачу — выступает в роли биологической генеративной модели, сформированной исключительно на основе опыта».

Предложенная модель объясняет, почему наше восприятие — не идеальная запись реальности, а интерпретация. Глаза получают меняющиеся двумерные изображения, хотя мир трехмерен и стабилен. Сигналы часто зашумлены, фрагментированы или двусмысленны. Мозг использует ожидания, основанные на прошлом опыте, чтобы «дорисовать» пробелы. Именно поэтому мы можем не заметить ключи на столе, даже если смотрим на них в упор — волна в данный момент сделала зону коры, отвечающую за их распознавание, нечувствительной, хотя информация о них уже поступила в глаза.

Если модель подтвердится, она изменит подход к изучению внимания, памяти и даже некоторых психических расстройств, при которых нарушается динамика нейронных волн.

В начале года другая команда ученых из США предложила в радикально пересмотреть одно из базовых представлений о работе мозга. Согласно новой гипотезе, мозг человека не реагирует на окружающую реальность, а планирует действия заранее и только потом корректирует их на основе полученной сенсорной информации.