Neurovědci identifikovali, jak mozek vybírá, co chceme vidět

Tým neurovědců z Carnegie Mellon University v americkém Pittsburghu zjistil, jak spolu různé neurální oblasti mozku komunikují, když je potřeba rozhodnout, čemu věnovat vizuální pozornost a co ignorovat. Jedná se o významný objev v oblasti vizuální kognice, který by měl vést k pokroku v léčbě poruch pozornosti a schopností vizuálního poznávání.

Studie, na které se autorsky podíleli Adam Greenberg, Timothy Verstynen, Yu-Chin Chiu, Steven Yantis, Walter Schneider a Marlene Behrmann, byla 22. února 2012 publikována v prestižním časopise Journal of Neuroscience pod názvem "Visuotopic Cortical Connectivity Underlying Attention Revealed with White-Matter Tractography".

Výzkumníci v ní popisují použití různých zobrazovacích technik, které jim ukázaly, jak si zraková a parietální kůra prostřednictvím spojů bílé hmoty navzájem vyměňují celou řadu informací, jejichž smyslem je výběr toho, co chceme konkrétně vidět.

Je to až neuvěřitelné, když si uvědomíme, že za obrovským množstvím vizuálních informací, které mozek přijímá, máme ještě celý systém, který ví, čemu z toho všeho věnovat pozornost.

Prokázali jsme, že pozornost je proces, při kterém dochází k mapování jistých informací mezi prvním místem, kam do mozku přicházejí vizuální vjemy, a dalšími částmi mozku," řekl Adam S. Greenberg, hlavní autor studie. "Pozorovali jsme silnou pozitivní korelaci mezi modulací pozornosti ve zrakové kůře a konektivitou zadní IPS, což naznačuje, že tato propojení bílé hmoty zprostředkovávají pozornostní signály, které rozhodují v soutěži mezi přicházejícími podněty a usměrňují jejich reprezentaci ve zrakové kůře."

"Je to až neuvěřitelné, když si uvědomíme, že za tím obrovským množstvím vizuálních informací, které mozek přijímá, máme ještě celý systém, který ví, čemu z toho všeho věnovat pozornost," prohlásila Marlene Behrmann, profesorka psychologie na CMU, která je uznávanou odbornicí ve využívání mozkových zobrazovacích metod ke studiu systému pro vizuální vnímání.

Výzkumníci prováděli dvě sady experimentů s pěti dospělými osobami. V té první bylo jedním z úkolů účastníků sledovat tečku uprostřed obrazovky, zatímco kolem ní tančilo několik dalších rušivých elementů. V dalším úkolu pak museli naopak na podněty reagovat najednou. Vědci při tom pořídili několik různých funkčních mozkových snímků k identifikaci oblastí, které jsou odpovědné za zpracování vizuální vjemů a pozornost. Jak tyto snímky později ukázaly, jsou těmito oblastmi zraková kůra a parietální kůra nazývaná také někdy temenní kůra.

V druhé části experimentu byla shromažďována anatomická data o zapojení bílé hmoty mozkové. Pozorované osoby, kterým byl znovu skenován mozek, tentokrát nevykonávali žádný specifický úkol. Výzkumníci poté výsledky z obou částí experimentu zkombinovali. Ukázalo se, že vlákna bílé hmoty vedou právě z oblastí zrakové kůry a parietální kůry. Výsledky prokázaly, že spoje jsou v bílé hmotě mapovány systematicky, tedy že existují přímá spojení mezi odpovídajícím zorným polem umístěným ve zrakové kůře a parietální kůrou (viz následující obrázek).

"Práce, na které jsme spolupracovali s výzkumníky z University of Pittsburgh, využívá zcela novou, neobyčejně přesnou, špičkovou metodologii," dodala Marlene Behrmannová.

Pro generování map vláken spojů bílé hmoty výzkumníci použili techniku zvanou Diffusion Spectrum Imaging, česky by to mohlo být difúzní spektrální zobrazování. Díky ní mají přístup k strukturálním charakteristikám živé mozkové tkáně, což bylo dosud možné pouze při pitvání mrtvol. Tato metoda byla navíc zkombinována s traktografií s vysokým rozlišením, což vědcům dovoluje velmi detailní odhad 'tvrdých drátových' propojení mezi jednotlivými oblastmi mozku. Pittsburští vědci jsou průkopníky této nové metody, která jim poskytuje zvýšenou přesnost oproti konvenčním traktografickým metodám.

"Je známo, že tréninkem je možno bílou hmotu pozměnit, mělo by tedy být také možné zlepšit schopnost filtrování irelevantních a nežádoucích informací pomocí tréninku," říká na závěr Adam Greenberg.

Výzkum byl podpořen americkým Národním institutem zdraví.

Carnegie Mellon Univerzita v Pittsburghu je soukromá, mezinárodní univerzita s výzkumnými programy z oblastí vědy, technologií, obchodu, politiky, humanitních oborů a umění. Více na www.cmu.edu.