Учёные из Института Солка (Salk Institute) совершили прорыв в понимании работы человеческого мозга. Исследователи доказали, что нейронные волны, распространяющиеся по зрительной коре, — это не просто фоновый шум, а сложный вычислительный механизм. Именно эти электрические импульсы позволяют мозгу конструировать внутренние представления трёхмерного внешнего мира.

Ранее считалось, что зрительная система работает по строгой иерархии передачи сигналов. Однако новая работа показывает, что мозг использует «бегущие волны» для выполнения пространственно-временных вычислений, необходимых для предсказания событий и точного восприятия реальности.

От поиска очков к генеративным моделям

Проблема восприятия была описана ещё в 2020 году, когда команда нейробиолога Джона Рейнольдса (John Reynolds) заметила странную корреляцию. Учёные выяснили, что бегущие волны в зрительной системе напрямую влияют на способность замечать объекты, находящиеся прямо перед глазами. Это объяснило феномен, когда человек долго ищет предмет, лежащий на самом видном месте: если волновой паттерн в мозге не совпадает с положением объекта, он остаётся незамеченным.

В новом исследовании Рейнольдс и его коллеги расширили эту теорию. Они предположили, что нейронные связи, генерирующие эти волны, постоянно меняют свою структуру, подстраиваясь под внешний мир. Учёные проводят прямую параллель с работой больших языковых моделей (LLM) в искусственном интеллекте.

Подобно тому как нейросети изучают статистическую структуру данных для генерации осмысленного ответа, мозг использует бегущие волны как биологическую генеративную модель. Она создается «с нуля» на основе сенсорного опыта, позволяя мозгу не просто фиксировать картинку, а активно её интерпретировать.

Четыре функции нейронных волн

Исследование детально описало роль этих динамических паттернов в зрительной коре. Волны выполняют четыре критически важные функции, которые позволяют нам взаимодействовать с миром:

  • Модулируют восприятие от момента к моменту, меняя чувствительность к сигналам.
  • Превращают свежие визуальные данные в целостные образы.
  • Генерируют краткосрочные прогнозы об окружении, позволяя предугадывать события.
  • Сохраняют и воспроизводят паттерны воспоминаний во времени.

В отличие от классических систем, ориентированных на простую передачу информации, эти процессы удерживают в себе «историю» стимуляции. Это позволяет мозгу строить прогнозы на основе связи между временем и местом предыдущих событий.

Глобальный механизм мозга

Динамика, подобная нейронным бегущим волнам (nTW), является фундаментальной характеристикой работы мозга у самых разных видов — от рыб до человека. Эти процессы проявляются на различных пространственных и временных шкалах.

В разных отделах мозга волны выполняют специфические задачи:

  • В моторной коре волны в бета-диапазоне служат предиктором времени начала движения.
  • В префронтальной и теменной коре аналогичные процессы связывают с механизмами поддержания рабочей памяти.
  • За пределами новой коры эти волны играют ключевую роль в кодировании памяти и организации сигналов для обучения с подкреплением.

На уровне всего мозга эта динамика наиболее ярко выражена во время сна, что подчеркивает глобальный характер волновых процессов в обеспечении когнитивных функций.

Новое измерение нейробиологии

Экспериментальные данные подтверждают, что нейронные бегущие волны добавляют к традиционным иерархическим моделям работы мозга «третье измерение» — пространственно-временные вычисления внутри отдельных областей. Импульсы могут распространяться непрерывно или дискретно за счёт длинных горизонтальных волокон, связывающих нейроны.

Эти процессы напрямую управляют восприятием и поведением, модулируя нейронную возбудимость в реальном времени. Функциональное сближение биологических процессов с работой моделей искусственного интеллекта открывает новые горизонты для понимания того, как живой организм создает гибкое внутреннее представление внешнего мира.