Przetwarzanie oczekiwań i bodźców sensorycznych przez mózg: percepcja czy oszustwo?
Ludzki mózg posiada zdumiewającą zdolność do integrowania posiadanej wiedzy z otrzymywanymi bodźcami sensorycznymi, co pozwala mu na kształtowanie naszych subiektywnych doświadczeń. Dzięki temu możemy szybko przetwarzać odbierane informacje i odpowiednio na nie reagować. Jednak gdy się to nie uda, mogą wystąpić złudzenia percepcyjne. W jaki sposób nasz mózg łączy swoje przewidywania i faktyczne informacje sensoryczne pojawiające się podczas komunikacji z ludźmi? Na przestrzeni lat naukowcy zaproponowali szereg mechanizmów neuronalnych. Zgodnie z teorią kodowania predykcyjnego, mózg przetwarza dane sensoryczne i dopasowuje je do wcześniejszych doświadczeń, przeprowadzając obliczenia neuronalne. Jednak dokładne mechanizmy, dzięki którym obwody nerwowe wykorzystują wcześniejsze doświadczenia, są nadal trudne do uchwycenia.
Dekodowanie odpowiedzi mózgu przy rozpoznawaniu mowy i twarzy
Projekt EXPECTBRAIN, realizowany przy wsparciu działania „Maria Skłodowska-Curie”, połączył różne najnowsze metody analizy wzorców aktywności mózgu i dekodowania reakcji mózgu przy rozpoznawaniu mowy i twarzy. „Celem było określenie mechanizmów neuronalnych związanych z percepcją i złudzeniami percepcyjnymi”, mówi Helen Blank, stypendystka działania „Maria Skłodowska-Curie”. Prace skupiały się na roli wcześniejszych oczekiwań mózgu przy rozpoznawaniu mowy i twarzy. W jednym z badań uczestnicy zostali przeszkoleni w zakresie kojarzenia obrazów miejsc i twarzy. Korzystając z funkcjonalnego obrazowania metodą rezonansu magnetycznego – fMRI, badacze zmierzyli reakcje mózgu w teście przeprowadzonym po fazie uczenia się, kiedy poszczególnym osobom pokazywano określone miejsca lub twarze. Wyniki wykazały, że ludzki mózg odwzorowuje twarze, które spodziewa się zobaczyć. Przetwarzanie odbywa się w regionach mózgu odpowiadających za rozpoznawanie twarzy, w sposób wprost proporcjonalny do pewności tego oczekiwania. W innym badaniu podobną próbę manipulowania wcześniejszymi oczekiwaniami mózgu zastosowano poprzez przedstawianie słów pisanych przed zniekształconymi słowami mówionymi. Czytając słowo, uczestnicy sformułowali doświadczenie, z którym mogli porównać następnie słowo mówione. Blank wyjaśnia: „Słyszenie prawidłowego słowa umożliwiło uczestnikom łatwiejszy odbiór słowa mówionego, nawet jeśli było ono zniekształcone. Słowa pisane mogą również stronniczo oddziaływać na postrzeganie zniekształconego słowa mówionego, zwłaszcza gdy słowo pisane i mówione częściowo się pokrywają”. Następnie dane behawioralne i uzyskane z fMRI mózgu zostały użyte do obliczenia modeli do testowania alternatywnych założeń teoretycznych. W odniesieniu do percepcji mowy mózg wydaje się używać błędów przewidywania w celu określenia, czy sensoryczny bodziec pasuje do lub odbiega od wcześniejszych oczekiwań. Jeśli błąd jest niewielki, to potwierdza wcześniejsze oczekiwanie. Jeśli jednak błąd jest duży, to wcześniejsze oczekiwanie jest odrzucane.
Znaczenie projektu
Rozpoznawanie twarzy i mowy stanowi idealny kontekst do badania, jak oczekiwania mózgu wpływają na percepcję, ponieważ odpowiednie regiony ludzkiego mózgu odpowiedzialne za rozpoznawanie twarzy i mowy są dobrze opisane. Ponadto zarówno bodźcami twarzy, jak i mowy można łatwo manipulować w kontrolowany sposób. Zrozumienie, w jaki sposób ludzki mózg łączy oczekiwania i informacje sensoryczne podczas komunikacji międzyludzkiej, ma zasadnicze znaczenie w kontekście niektórych chorób. Chociaż wcześniejsze oczekiwania mózgu mogą poprawić percepcję mowy, to mogą one również prowadzić do błędów, mogących wywołać zarówno rozbawienie, jak i poważne nieporozumienia. U osób z upośledzeniem słuchu błędna percepcja jest częstym zjawiskiem, które może prowadzić do wycofania społecznego i izolacji, co poważnie odbija się na ich samopoczuciu. Dodatkowo wyniki badań projektu EXPECTBRAIN mają znaczenie w schorzeniach neuropsychiatrycznych związanych z nietypowymi doświadczeniami percepcyjnymi oraz w opracowywaniu systemów automatycznego rozpoznawania mowy.
Słowa kluczowe
EXPECTBRAIN, mózg, rozpoznawanie twarzy, mowa, fMRI, zaburzenia słuchu, bodźce sensoryczne, percepcja mowy, obwody neuronalne
