Задержка нейронной связи может лежать в основе упреждающего поведения

Вычислительное моделирование предполагает, что задержка в коммуникации между нейронами может быть ключевым фактором, объясняющим упреждающее поведение у людей. Иран Роман из Стэнфордского университета и его коллеги представили эти выводы в PLOS Computational Biology.

Когда человек отстукивает ритм под метроном, он обычно делает это чуть раньше щелчка. Эта "упреждающая тенденция" может проявляться и в других действиях, например, при синхронизации гребцов в лодке или движении по оживленному тротуару. Ученые предлагали различные механизмы для объяснения этого явления, но ни один не мог полностью учесть все наблюдаемые в реальной жизни эффекты.

Предыдущие исследования показывают, что физическая система, получающая на вход как внешний стимул, так и собственную задержанную активность, может предвосхищать стимул. В новом исследовании Роман и коллеги выдвинули гипотезу, что аналогичным образом человеческое предвосхищение связано с задержкой в передаче сигналов между нейронами сенсомоторной системы.

На основе этой гипотезы исследователи построили новую вычислительную модель. С её помощью они смоделировали различные реальные задачи с задержанной обратной связью, например, когда человек отстукивает каждый второй удар метронома, слыша при этом собственные удары. Также были смоделированы те же задачи без задержанной обратной связи — когда человек не слышит свои удары.

Модель успешно воспроизвела реальные наблюдения за упреждающей тенденцией у людей. "Это говорит о том, что задержки в нейронной передаче играют ключевую роль в сенсомоторной синхронизации", — говорит Роман.

Модель также предлагает объяснение, почему музыканты обычно отстукивают ритм ближе к щелчкам метронома, чем немузыканты, в одинаковых условиях. Чтобы модель воспроизвела большую упреждающую тенденцию, наблюдаемую у немузыкантов, амплитуда задержанной обратной связи должна быть выше. Это указывает на то, что музыкальная тренировка может "подрезать" внимание к задержанным нейронным сигналам, позволяя человеку фокусироваться на внешних стимулах.

В дальнейшем исследователи планируют усовершенствовать модель, чтобы учесть вариативность, наблюдаемую внутри одного человека и между людьми во время синхронизации. Будущая работа может расширить модель и проверить её предсказания с помощью реальных наблюдений.