«Ёжик в тумане», или почему нам что-то кажется?

Внешний стимул, который находится на грани чувствительности, мозг усиливает внутри себя сам и по своему усмотрению.

Мы часто говорим, что нам что-то послышалось или почудилось, когда мы увидели или услышали что-то, чего на самом деле нет. Кому-то показалось, что его окликнули по имени, кому-то показалось, что пахнет табаком, хотя рядом никто не курил, а Ёжику в тумане, например, мерещился слон. Такие случаи нельзя назвать галлюцинациями – у каждого «видения» есть некий сенсорный повод, то есть мы действительно что-то видим и что-то слышим, просто мозг интерпретирует это не так, как оно есть на самом деле.

Нейробиологи из Университета Джонса Хопкинса попробовали узнать, что происходит в нервной системе при подобных недо- или переинтерпретациях ощущений. Здесь важно отметить, что казаться нам что-то начинает тогда, когда внешний стимул очень слаб, находится на грани различимости: то ли есть какой-то силуэт в тумане, то ли нет, то ли есть какой-то запах вокруг, то ли нет.

Дэниэл О'Коннор (Daniel H O'Connor) и его коллеги, экспериментируя с мышами, «воспитали» животных так, чтобы они реагировали на именно на такой едва различимый сигнал – мышь трогали за ус настолько мягко, насколько возможно, так, чтобы она чувствовала прикосновение через раз. Если же мышь всё-таки чувствовала, что до её уса (точнее, вибрисса), дотронулись, она получала награду. От животных нельзя напрямую узнать, что им показалось, а что нет, но это можно понять косвенным образом – если мыши что-то казалось, она шла за наградой.

Затем оставалось только следить за активностью нейронов в мозге животных. Получателем осязательных сигналов служит первичная соматосенсорная кора, и вот, проанализировав активность нескольких сотен нервных клеток, авторы работы обнаружили, что тогда, когда мышь что-то чувствует и идёт за наградой, активность осязательных нейронов в коре оказывается выше, чем когда до уса дотронулись, но мышь всё-таки ничего не почувствовала. Стимул по силе, длительности и т.д. был один и тот же, но поведение животных отличалось, и реакция нейронов в коре была тоже разной.

В какой момент появляются различия в работе нейронной цепи? В статье в Nature Neuroscience исследователи пишут, что нервные клетки, которые непосредственно получают сигнал от вибрисса, в обоих случаях реагируют одинаково, независимо от того, почувствовала ли что-то мышь или нет. Но затем импульс направляется в ствол мозга, а потом в таламус, который играет роль сенсорного хаба: к нему стекаются сигналы от всех сенсорных рецепторов чувств (за исключением обонятельных), а он уже перераспределяет их по тем или иным участкам коры.

Оказалось, что при передаче сигнала через таламус и далее происходит небольшое его усиление, которого тем не менее всё равно было бы недостаточно, чтобы подстегнуть нейроны коры (напомним, что соматосенсорная кора раз от разу реагировала по-разному, то сильнее, то слабее, и в тех случаях, когда реакция была сильной, мышь, очевидно, что-то чувствовала и шла за наградой). Другие сенсорные ощущения тоже не могли дать такой эффект: если в таламус приходил едва заметный осязательный сигнал и очень сильный световой, то на активности именно осязательной коры это сказывалось слабо (хотя какой-то эффект всё-таки был).

Ответ появился, когда обратили внимание на корковый анализатор более высокого уровня. Первичная соматосенсорная кора работает, грубо говоря, только с тем, что есть, с тем стимулом, который только что случился. Однако в восприятии внешнего сигнала участвуют и другие области коры, которые помещают воспринятый стимул в более широкий контекст, связанный с памятью и другими когнитивными функциями; можно сказать, что они обеспечивают более высокий уровень восприятия. Как оказалось, нейроны более высокого уровня не просто принимают сигналы от «коллег» более низкого уровня, но и сами посылают импульсы в первичный анализатор. Именно их активность время от времени стимулирует клетки первичного анализатора, так что в результате стимул, который находится на грани чувствительности, её всё-таки переходит.

Получается, мозг добавляет какую-то отсебятину, однако такой механизм может оказаться весьма полезным, например, когда сигнал об опасности ощущается ещё до того, когда эта самая опасность предстанет, так сказать, «в явном виде». (Что до мышей из эксперимента, то и им была своя польза – они получали вкусное угощение, когда им что-то «казалось».) Вероятно, то же самое происходит и с другими сенсорными системами.

И если здесь участвуют области мозга, имеющие дело с памятью, то понятно, откуда берутся те или иные формы, которые нам, скажем, чудятся в тумане: их подсказывает наш опыт, психологическое состояние, и т. д. Психологи, наверно, догадывались о том и раньше, но теперь нам стала известна нейробиологическая подоплёка происходящего – хотя, конечно, хотелось бы убедиться, что точно такой же нейронный механизм усиления работает и у приматов.