Cum recunoaște creierul fețele și locurile noi în câteva milisecunde
Prin urmărirea activității cerebrale cu ajutorul electrozilor implantați, cercetătorii au descoperit cum informațiile vizuale circulă rapid din regiunile vizuale timpurii către rețelele de memorie, emoție și cogniție superioară în primele câteva sute de milisecunde.
Un studiu recent publicat în revista Communications Biology arată că observarea unui nou chip sau a unui nou loc activează rapid diferite părți ale creierului în primele câteva sute de milisecunde. Aceste regiuni colaborează pentru a identifica și interpreta imaginea vizuală, pe măsură ce informația se deplasează din zonele vizuale occipitale prin căile dorsale și ventrale către regiunile frontale și limbice.
Aceste descoperiri ajută la explicarea modului în care creierul începe procesarea fețelor și locurilor aproape instantaneu și îmbunătățesc înțelegerea fluxului de informații vizuale în creier, contribuind la baza de cunoștințe și, eventual, la studiile viitoare ale condițiilor neurologice care afectează aceste căi. Astfel de condiții pot include tulburări neurodegenerative, leziuni cerebrale traumatice, infecții și epilepsie, deși studiul de față nu a testat diagnosticul sau detectarea timpurie.
Creierul procesează imaginile vizuale în fracțiuni de secundă pentru a ajuta la îndrumarea mișcărilor și la construirea interacțiunilor sociale. Totuși, secvența în care indicii vizuali activează diferite regiuni ale creierului rămâne neclară.
Tehnicile de imagistică existente pot identifica regiunile cerebrale implicate activ în procesarea imaginilor, dar nu pot capta semnalele care traversează căile de informație vizuală cu o rezoluție de milisecunde, ceea ce justifică cercetări suplimentare. O astfel de cunoaștere ar putea ajuta oamenii de știință să înțeleagă mai bine percepția și interacțiunea dintre procesarea vizuală, memorie și emoție în timpul interpretării imaginilor din viața de zi cu zi.
Cercetătorii au obținut în cadrul studiului înregistrări de electroencefalografie intracraniană (iEEG) de la 22 de indivizi cu epilepsie rezistentă la tratament. Chirurgii au implantat electrozi în creierul acestor pacienți ca parte a planificării tratamentului medical.
Echipa a instruit participanții să privească imagini cu persoane și locuri timp de două secunde. Pe parcursul vizionării acestor imagini, au monitorizat semnalele de activitate cerebrală de înaltă frecvență (HFB). Ulterior, participanții au fost rugați să își amintească liber imaginile și să descrie cel puțin trei caracteristici. Reamintirea imaginilor a confirmat atenția participanților în timpul sarcinii.
Pe lângă înregistrările cerebrale, echipa a analizat imagini prin rezonanță magnetică (MRI) și tomografie computerizată (CT) ale participanților. Imaginile MRI preoperatorii, imaginile CT postoperatorii și înregistrările iEEG au ajutat la monitorizarea semnalelor de activitate cerebrală în diferite regiuni ale creierului, facilitând interpretarea imaginilor. Cercetătorii au exclus semnalele legate de crize. Pentru a obține o imagine cuprinzătoare, au analizat 1.008 contacte de electrozi, dintre care 234 au răspuns vizual.
Ei au analizat semnalele de înaltă frecvență broadband (HFB) cu frecvențe cuprinse între 60 Hz și 160 Hz. Au măsurat latența de început, care denotă cât de repede se activează diferite regiuni ale creierului după primirea unui indiciu vizual. Aceasta a fost determinată printr-o creștere semnificativă a activității cerebrale, reprezentând o explozie rapidă în comunicarea dintre diferitele celule nervoase.
Echipa a evaluat corelațiile între perechile de electrozi pentru a determina fluxul de informații prin regiunile implicate în gândire, memorie și emoție. De asemenea, au investigat dacă creierul răspunde diferit la fețe și locuri pentru a stabili dacă semnalele cerebrale variază în funcție de tipul de informație vizuală.
Atunci când participanții au văzut o imagine a unei persoane sau a unui loc, semnalele cerebrale au fost observate inițial în regiunea occipitală, în aproximativ 75 de milisecunde. Aceste semnale s-au deplasat apoi către regiunile frontale și limbice prin căile vizuale dorsale și ventrale paralele. Aceste descoperiri sugerează că informația vizuală circulă de obicei de la spate către față. Regiunile legate de procesarea vizuală și de procesele superioare sunt activate devreme, urmate de cele asociate cu memoria și emoția în timpul procesării imaginilor.
Răspunsurile cerebrale, totuși, au variat în funcție de tipul de informație. Contactele active pentru chipuri au arătat răspunsuri timpurii în regiunile occipitale și ale fluxului vizual, unele regiuni frontale fiind activate înainte de răspunsurile ulterioare ale hipocampului și amigdalei. Imaginile locurilor au arătat un model diferit de comunicare vizuală. Aceste imagini au arătat răspunsuri mai timpurii ale hipocampului și amigdalei decât cele din unele regiuni frontale, regiuni legate de memorie și emoții.
Aceste constatări ajută la explicarea faptului că, la vederea unei persoane sau a unui loc, creierul utilizează căi de procesare specifice categoriei, mai degrabă decât o singură rută vizuală. Acest aspect este esențial pentru interacțiuni sociale sănătoase. Procesarea locurilor, pe de altă parte, poate angaja mai puternic structurile legate de memorie și emoție în timpul interpretării vizuale timpurii.
Analiza a identificat o regiune specifică, lobul parietal inferior, ca fiind un loc crucial pentru procesarea informației. Această regiune a coordonat comunicarea vizuală între regiunile implicate în procesele vizuale, de memorie și emoție din creier. Analizele de corelație încrucișată au susținut descoperirile privind comunicarea vizuală.
Analizele au arătat interacțiuni direcționate între regiunile vizuale, frontale, temporale, parietale, hipocampale și amigdaliene. Aceste descoperiri sugerează că recunoașterea imaginilor nu este un simplu eveniment vizual. Procesul activează rapid diferite regiuni ale creierului, care funcționează ca o rețea integrată, nu ca sisteme izolate, pentru a identifica persoane și locuri.
Aceste descoperiri sugerează că un chip sau un loc necunoscut poate activa diferite regiuni cerebrale implicate în viziune, cogniție, memorie și emoții în primele câteva sute de milisecunde ale interpretării unei imagini.
Analiza integrată a rezultatelor iEEG, MRI și CT în rândul persoanelor cu epilepsie a ajutat la urmărirea fluxului de informații vizuale în timp real. Prin recunoașterea regiunilor cerebrale implicate și secvența implicării lor în procesarea imaginilor, medicii și oamenii de știință ar putea înțelege mai bine cum condițiile neurologice ar putea perturba fluxul de informații vizuale în creier. Aceasta ar putea sprijini cercetările viitoare în strategii de evaluare și tratament, îmbunătățind în cele din urmă înțelegerea științifică a cognției vizuale. Cu toate acestea
