Звуки изменяют зрительное восприятие: новые связи между слухом и зрением в мозге грызунов
Звуки могут изменять то, как мозг интерпретирует то, что видит. Это ключевой вывод нового исследования учёных SISSA в Триесте, опубликованного в PLOS Computational Biology. Исследование показывает, что когда звуки сочетаются с движущимися зрительными стимулами, последние воспринимаются крысами иначе. В частности, слуховые сигналы систематически изменяют зрение, сжимая «перцептивное пространство» животных.
Результаты, полученные на основе интеграции поведенческих экспериментов и вычислительного моделирования, указывают, что слуховые сигналы оказывают ингибирующее влияние на зрительное восприятие. Таким образом, исследование предлагает новый взгляд на то, как органы чувств взаимодействуют в мозге, показывая, что даже прямые связи между первичными сенсорными областями — а не только интеграция в ассоциативных корах высшего порядка — могут глубоко влиять на перцептивный опыт.
Эксперименты по влиянию звуков на зрение
Исследователи из SISSA объединили поведенческие эксперименты с вычислительным моделированием. Группу крыс обучали классифицировать зрительные стимулы по их временной частоте, одновременно подвергая воздействию звуков, совершенно не относящихся к задаче. Однако временная частота этих звуков могла либо совпадать, либо не совпадать с частотой зрительных стимулов.
«Можно было бы ожидать, что зрительная кора спонтанно интегрирует звуки (хотя они и не относятся к задаче), и что слуховые стимулы, конгруэнтные зрительным, улучшат зрительное восприятие, а неконгруэнтные — ухудшат. Но это не так», — объясняет Давиде Зокколан.
Когда звук подавляет зрение
Принятый подход позволил исключить мультисенсорную интеграцию высокого уровня и оценить прямое влияние слуховых сигналов на зрительное восприятие.
«Результаты показывают, что производительность крыс в зрительной классификации систематически изменялась присутствием звуков, пропорционально их интенсивности, но независимо от их временной модуляции. В частности, сочетание звуков с движущимися зрительными стимулами приводило к сжатию зрительного перцептивного пространства. Таким образом, общий эффект слуховых стимулов на зрительные был ингибирующим», — объясняет Эудженио Пиазини.
Короче говоря, в присутствии интенсивных звуков крысы существенно недооценивали временную частоту зрительных стимулов.
Экспериментальные данные подтверждены вычислительным моделированием
Чтобы понять механизмы, лежащие в основе этого явления, исследователи разработали байесовскую модель в сочетании со схемой нейронного кодирования, в которой зрительные нейроны ингибировались одновременными звуками пропорционально их интенсивности.
«Модель с замечательной точностью воспроизвела экспериментальные данные, подтверждая гипотезу о том, что слуховые входы могут избирательно подавлять активность зрительных нейронов и тем самым изменять восприятие», — объясняет Пиазини.
Новый взгляд на мультисенсорный мозг
«Наше исследование предлагает новый взгляд на то, как органы чувств взаимодействуют в мозге, показывая, что даже прямые связи между первичными сенсорными областями могут глубоко влиять на перцептивный опыт. После установления ингибирующего эффекта звуков на зрение, безусловно, будет интересно определить, верно ли и обратное», — говорит Зокколан.
«Что касается эволюционных и экологических процессов, лежащих в основе этого механизма, мы можем только строить догадки. Эта ингибирующая связь между слуховой и зрительной обработкой может отражать механизмы межобластной конкуренции, посредством которых мозг усиливает значимость одной модальности, подавляя другую — например, отдавая приоритет слуховому восприятию, которое может быстрее предупредить организм о присутствии потенциальных хищников. Несомненно, эти животные живут в мультисенсорном мире, который гораздо сложнее и интегрированнее, чем мы могли себе представить».