Как мозг защищает себя от визуальной перегрузки: открытие учёных на примере рыб

Вы когда-нибудь задумывались, почему мы не сходим с ума от какофонии визуальных образов, когда резко поворачиваем голову? Наш мозг отчаянно фильтрует этот поток. Учёные только что подглядели, как именно он это делает — и не у людей, а у крошечных прозрачных личинок рыбок данио. Оказывается, в их мозге есть специальный «предохранитель», который срабатывает при резком движении, чтобы защитить нервную систему от перегрузки.

Резко повернули голову? Ваш мозг уже нажал на «визуальный тормоз», чтобы не перегрузиться.

Исследователи из Фрайбургского университета под руководством профессора Иоганна Боллмана впервые зафиксировали и измерили те самые клеточные сигналы, которые гасят зрительное восприятие у личинок рыбок данио. Эти личинки двигаются характерными резкими рывками, и именно во время такого рывка их мозг ослабляет поток визуальных впечатлений.

Как им это удалось? Учёные записали активность нейронов в тектуме — области среднего мозга, которая обрабатывает зрительную информацию. Оказалось, что во время рывка некоторые нейроны передают меньше сигналов. Но что их «тормозит»?

Кто нажимает на тормоз?

Измерив электрические токи в отдельных нервных клетках, нейробиологи обнаружили короткие импульсы от так называемых тормозных синапсов. Эти импульсы на мгновение меняют электрические свойства мембраны нейрона, делая его менее чувствительным к возбуждающим сигналам от сетчатки. В итоге нейрон затихает и передаёт меньше информации дальше.

Но откуда берутся эти тормозящие команды? Чтобы это выяснить, учёные использовали хитрый трюк. Они взяли личинок, нейроны которых были снабжены флуоресцентным красителем, чувствительным к ионам кальция. Когда нейрон активен, концентрация кальция в нём растёт, и он начинает светиться под микроскопом.

Если свечение возникает прямо перед движением — это, скорее всего, нейроны, которые это движение и запускают. А вот если вспышка происходит уже после начала рывка — это как раз те самые тормозные синапсы, которые приглушают зрительное восприятие. Интересно, правда? Получается, мозг сначала даёт команду на движение, а почти сразу же — команду на временное «ослепление».

Дальнейший анализ показал, что тормозные сигналы идут почти исключительно в верхние слои тектума. Эти слои связаны с соседней областью — покрышкой, которая, среди прочего, получает сигналы от мозжечка. Исследователи изучили и активность в покрышке — там концентрация кальция тоже резко возрастала сразу после начала рывка. Прямых доказательств, что тормозной сигнал рождается именно там, ещё нет, но все косвенные улики на это указывают.

Почему это важно для нас?

Как мозг защищает себя от визуальной перегрузки: открытие учёных на примере рыб

Личинки данио — любимый модельный объект нейробиологов. Они крошечные, прозрачные, и активность всех их нейронов можно наблюдать вживую. Их мозг прост по меркам млекопитающих — всего 100–200 тысяч нейронов против наших 100 миллиардов. Но его базовая архитектура похожа на нашу, что позволяет изучать фундаментальные принципы работы нервной системы.

«Благодаря нашим измерениям мы впервые увидели на клеточном уровне сигналы, которые защищают мозг от чрезмерной зрительной стимуляции при быстром движении», — объясняет Боллманн.

Подумайте сами: когда мы фиксируем взгляд, картинка стабильна. Но стоит нам резко повернуть голову или глаза, как мир превращается в мелькающую ленту высокодетализированных кадров. Обработать такой объём информации мгновенно — непосильная задача. Вероятно, наш мозг, как и мозг личинки, включает тормозные механизмы, временно приглушая зрение, чтобы не утонуть в потоке данных. И теперь у нас есть первые доказательства, что этот «предохранитель» может срабатывать в области покрышки. Неужели природа придумала такой элегантный способ защиты от информационного шума ещё у самых древних позвоночных?