Нейрофизики, изучающие области мозга, в которых начинается болезнь Альцгеймера, рассмотрели, как мозг обрабатывает виртуальную реальность. Картина активности в области мозга, отвечающей за отображение пространства, при работе органов восприятия с виртуальными объектами совершенно иная, нежели при восприятии предметов реального мира. Отчёт об исследовании опубликован в журнале Nature.
Исследователи изучали гиппокамп — область мозга, нарушение работы которой может приводить к болезни Альцгеймера, инсульту, депрессии, шизофрении, эпилепсии. Гиппокамп играет важную роль в формировании новых воспоминаний и создании ментальных карт пространства. Например, когда человек оказывается в комнате, нейроны гиппокампа становятся активными избирательно, обеспечивая «когнитивную карту» помещения. Механизмы, посредством которых мозг делает эти когнитивные карты, остаются загадкой, но неврологи предположил, что гиппокамп помогает вычислять расстояние между субъектом и окружающими предметами, такими как здания или горы. Загадкой пока остаётся то, как другие сигналы, такие как запахи и звуки, помогают мозгу ориентироваться в пространстве и определять расстояние до объекта.
Чтобы проверить, может ли гиппокамп фактически формировать пространственные карты, используя только визуальные ориентиры, команда учёных разработала неинвазивную среду виртуальной реальности и изучала, как нейроны гиппокампа в мозге крыс реагировали на виртуальный мир без возможности использовать запахи и звуки для ориентации.
Исследователи запускали крыс на небольших поводках на беговую дорожку в окружении «виртуального мира» на больших видеоэкранах. Также крыс помещали в тёмной тихой комнате. Учёные смотрели на поведение крыс и измеряли активность сотен нейронов в их гиппокампе, когда испытуемые животные двигались на беговой дорожке в «виртуальном мире» и когда они находились в реальной комнате, выглядевшей в точности как комната виртуальной реальности.
К удивлению исследователей, результаты, полученные в виртуальных и реальных условиях, были совершенно различны. Казалось, что в виртуальном мире нейроны гиппокампа крыс «вспыхивали» совершенно случайно, будто мозг не имел ни малейшего представления о том, где находится крыса. Хотя крыса, казалось, вела себя совершенно нормально и в реальном, и виртуальном мире. Ментальная карта исчезала полностью. Никто из учёных не ожидал этого. Активность нейрона была случайной функцией «положения» крысы в виртуальном мире. Тщательный математический анализ показал, что нейроны крыс рассчитывали суммарные величины пройденных расстояний в виртуальном окружении независимо от того, где крысы, условно, «находились» в виртуальном пространстве. Было обнаружено, что хотя нейроны гиппокампа крыс были очень активны в реальной среде, более половины из этих нейронов не были активны в виртуальном пространстве.
Виртуальный мир, используемый в исследовании, был очень похож на среду виртуальной реальности, используемую человеком, и наблюдаемые нейроны в головном мозге крыс было бы очень трудно отличить от соответствующих нейронов человеческого мозга.
Группы нейронов, взаимодействуя, создают сложный узор активности, используя ритмы головного мозга. Эти сложные ритмы имеют решающее значение для обучения и для памяти, но мы не можем слышать или чувствовать эти ритмы в нашем мозгу. Нейроны гиппокампа используют два совершенно разных механизма взаимодействия друг с другом: один из них основан на ритме, другой на интенсивности активности. Метод взаимодействия, основанный на ритме, при взаимодействии с виртуальной реальностью имеет структуру, подобную той, что наблюдается в реальном мире. Однако взаимодействие нейронов, основанное на интенсивности сигналов, при восприятии виртуальной реальности оказывается полностью нарушенным.
Когда люди идут пешком или пытаются вспомнить что-то, деятельность нейронов в гиппокампе становится очень ритмичной, и появляются сложные картины активности. Эти ритмы способствуют формированию воспоминаний и отвечают за нашу способность вызывать их. Авторы исследования предполагают, что у некоторых людей с проблемами в обучении или с расстройствами памяти эти ритмы нарушаются. Нейроны, отвечающие за память, взаимодействуя с другими частями в гиппокампе, должны действовать слаженно, как в оркестре. Того, чтобы каждый скрипач или трубач играл идеально сам по себе, не достаточно. Необходима идеальная синхронизация. Доктор Маянк Мехта, один из авторов исследования, считает, что перестройка и синхронизация ритмов гиппокампа может помочь в будущем восстановить повреждённую память, однако как это сделать — всё ещё большой вопрос.
Пока исследователи будут продолжать свои исследования на крысах, т.к. индикация работы мозговых цепей с высокой точностью в организме человека пока не представляется возможной.
