Группа исследователей под руководством профессора Маркуса Лаппе из Вестфальского университета имени Вильгельма в Мюнстере (University of Münster) представила результаты работы, объясняющей механизмы сохранения мозгом стабильного восприятия окружающего мира на фоне непрерывных движений глаз. Данные, опубликованные в журнале Science Advances в ноябре 2024 года, проясняют роль сетчатки и нейронных путей в обработке динамических зрительных стимулов с нежёсткой кинематикой — например, движения огня или воды.
Проблема зрительной стабильности: вызов для мозга
Мозг ежесекундно обрабатывает более 10 миллионов визуальных сигналов, поступающих от глаз через тысячи нервных волокон. Несмотря на постоянное движение глазных яблок, эта система обеспечивает восприятие стабильной картины мира. Предполагается, что в основе лежит сложный компенсаторный механизм, однако его точное устройство долгое время оставалось неизученным.
Фокус исследования: движения глаз и восприятие нежёсткого движения
Команда профессора Лаппе изучила, как зрительная система сохраняет устойчивость при обработке нежёстких типов движения, которые редко становятся объектом внимания в науке о зрении. Выяснилось, что классические плавные следящие движения глаз (smooth pursuit) невозможны для некоторых видов нежёсткой кинематики. В частности, быстрые саккадические движения не компенсируют такие стимулы, что приводит к потере визуальной стабильности. «Наши результаты демонстрируют чёткое разделение двух систем, — пояснил профессор Лаппе. — Они функционально различны и работают через разные нейронные пути».
Дизайн эксперимента: отслеживание зрительных нарушений при восприятии движения
В исследовании использовалась новая зрительная иллюзия, нарушающая пространственное восприятие. Пятнадцать участников следили за симулированным вращающимся вихрем, движущимся по полю из точек. Хотя в обычных условиях глаза непрерывно следили бы за траекторией объекта, уникальное движение вихря вызывало кратковременную остановку глаз. Ключевое наблюдение: фаза быстрого движения глаз возникала примерно каждые 400 миллисекунд, возвращая вихрь в центр сетчатки. Однако при каждой такой корректировке вихрь визуально «перескакивал» вперёд, нарушая обычный компенсаторный механизм мозга. «Обычный механизм компенсации быстрых движений глаз давал сбой при движении вихря, — отметил аспирант Крисчан Александр Кёрфер (Krischan Alexander Koerfer). — Это ранее неизвестное сочетание зрительного восприятия и глазодвигательной реакции».
Методология: высокоскоростная айтрекинг с инфракрасными камерами
Исследователи использовали высокоскоростные инфракрасные айтрекеры для точной регистрации положения и движений глаз в реальном времени. Инфракрасный свет направлялся на глаза, а отражения от роговицы и зрачка записывались и анализировались, что позволяло измерять точные координаты глаз во время зрительной иллюзии.
Значение для когнитивных и нейробиологических исследований
Полученные данные имеют существенное значение для когнитивной науки и исследований мозга. Предъявление типа движения, при котором компенсаторный механизм не срабатывает, позволяет проверять и уточнять классические модели зрительного восприятия. «Тот факт, что впервые представлено движение, при котором механизм компенсации отказывает, означает, что старые модели можно тестировать, а новые — разрабатывать», — заключил Лаппе. В долгосрочной перспективе новая концепция стимулов может найти применение в диагностике и изучении нейродегенеративных заболеваний, углубляя понимание роли зрительной системы в различных функциях мозга.
Источник:
Krischan Koerfer et al, Inability to pursue nonrigid motion produces instability of spatial perception, Science Advances (2024). DOI: 10.1126/sciadv.adp6204