Вчені з Інституту Солка (Salk Institute) здійснили прорив у розумінні роботи людського мозку. Дослідники довели, що нейронні хвилі, що поширюються по зоровій корі, — це не просто фоновий шум, а складний обчислювальний механізм. Саме ці електричні імпульси дозволяють мозку конструювати внутрішні уявлення тривимірного зовнішнього світу.

Раніше вважалося, що зорова система працює за строгою ієрархією передачі сигналів. Однак нова робота показує, що мозок використовує «біжучі хвилі» для виконання просторово-часових обчислень, необхідних для передбачення подій та точного сприйняття реальності.

Від пошуку окулярів до генеративних моделей

Проблема сприйняття була описана ще у 2020 році, коли команда нейробіолога Джона Рейнольдса (John Reynolds) помітила дивну кореляцію. Вчені з'ясували, що біжучі хвилі в зоровій системі безпосередньо впливають на здатність помічати об'єкти, що знаходяться прямо перед очима. Це пояснило феномен, коли людина довго шукає предмет, що лежить на самому видному місці: якщо хвильовий патерн у мозку не збігається з положенням об'єкта, він залишається непоміченим.

У новому дослідженні Рейнольдс та його колеги розширили цю теорію. Вони припустили, що нейронні зв'язки, що генерують ці хвилі, постійно змінюють свою структуру, підлаштовуючись під зовнішній світ. Вчені проводять пряму паралель із роботою великих мовних моделей (LLM) у штучному інтелекті.

Подібно до того, як нейронні мережі вивчають статистичну структуру даних для генерації осмисленої відповіді, мозок використовує біжучі хвилі як біологічну генеративну модель. Вона створюється «з нуля» на основі сенсорного досвіду, дозволяючи мозку не просто фіксувати картинку, а активно її інтерпретувати.

Чотири функції нейронних хвиль

Дослідження детально описало роль цих динамічних патернів у зоровій корі. Хвилі виконують чотири критично важливі функції, які дозволяють нам взаємодіяти зі світом:

  • Модулюють сприйняття від моменту до моменту, змінюючи чутливість до сигналів.
  • Перетворюють свіжі візуальні дані на цілісні образи.
  • Генерують короткострокові прогнози про оточення, дозволяючи передбачати події.
  • Зберігають і відтворюють патерни спогадів у часі.

На відміну від класичних систем, орієнтованих на просту передачу інформації, ці процеси утримують у собі «історію» стимуляції. Це дозволяє мозку будувати прогнози на основі зв'язку між часом і місцем попередніх подій.

Глобальний механізм мозку

Динаміка, подібна до нейронних біжучих хвиль (nTW), є фундаментальною характеристикою роботи мозку у найрізноманітніших видів — від риб до людини. Ці процеси проявляються на різних просторових і часових шкалах.

У різних відділах мозку хвилі виконують специфічні завдання:

  • У моторній корі хвилі в бета-діапазоні слугують предиктором часу початку руху.
  • У префронтальній та тім'яній корі аналогічні процеси пов'язують із механізмами підтримки робочої пам'яті.
  • За межами нової кори ці хвилі відіграють ключову роль у кодуванні пам'яті та організації сигналів для навчання з підкріпленням.

На рівні всього мозку ця динаміка найбільш яскраво виражена під час сну, що підкреслює глобальний характер хвильових процесів у забезпеченні когнітивних функцій.

Нове вимірювання нейробіології

Експериментальні дані підтверджують, що нейронні біжучі хвилі додають до традиційних ієрархічних моделей роботи мозку «третє вимірювання» — просторово-часові обчислення всередині окремих областей. Імпульси можуть поширюватися безперервно або дискретно завдяки довгим горизонтальним волокнам, що з'єднують нейрони.

Ці процеси безпосередньо керують сприйняттям та поведінкою, модулюючи нейронну збудливість у реальному часі. Функціональне зближення біологічних процесів із роботою моделей штучного інтелекту відкриває нові горизонти для розуміння того, як живий організм створює гнучке внутрішнє уявлення зовнішнього світу.