Нейробиологи из Института Солка в США предположили, что бегущие нейронные волны – это не фоновый электрический шум, а один из ключевых вычислительных механизмов зрительной коры головного мозга. По мнению ученых, эти волны помогают формировать внутреннее представление о внешнем мире, которое лежит в основе восприятия, анализа недавних событий и прогнозирования будущего. Обзор с изложением новой концепции опубликован в журнале Neuron.
Бегущие волны представляют собой паттерны электрической активности, которые распространяются по поверхности мозга подобно волнам на воде. В 2020 году лаборатория под руководством Джона Рейнольдса, одного из авторов новой работы, впервые зафиксировала это явление в зрительной системе бодрствующих животных. Тогда же исследователи установили, что от этих волн напрямую зависит, заметит ли животное предъявленный ему объект. Это объясняет, почему человек может безуспешно искать вещь, например ключи, которая все это время находилась на видном месте.
В новой работе ученые обобщили существующие данные и предложили четыре основные функции бегущих волн. Они могут корректировать восприятие в каждый момент времени, преобразовывать поступающую сенсорную информацию во внутреннюю модель реальности, составлять краткосрочные прогнозы об окружающем мире, а также сохранять и воспроизводить паттерны, связанные с памятью о событиях.
Согласно предложенной концепции, нейронные сети, генерирующие эти волны, не просто передают сигналы. Связи между нейронами в них (синапсы) способны меняться под действием опыта – любого запаха, звука или визуального образа. Со временем эти изменения формируют нейронные контуры, на которые мозг опирается при создании своей картины мира. Джон Рейнольдс сравнивает этот процесс с работой больших языковых моделей вроде ChatGPT, которые анализируют статистические закономерности в языке и на их основе генерируют осмысленный текст. Мозг, по его словам, может действовать схожим образом, как «биологическая генеративная модель, построенная на опыте».
Таким образом, бегущие волны помогают мозгу решать фундаментальную задачу: определять наиболее вероятную причину сенсорных сигналов, поступающих из сложной, но упорядоченной среды. Ученые полагают, что их теория объясняет, как мозг превращает непрерывный и хаотичный поток данных от органов чувств в целостное восприятие, прогнозы и осмысленное поведение.
