Нейрофізики Каліфорнійського університету в Лос-Анджелесі продовжують вивчати роботу мозку в умовах віртуальної реальності. Не так давно вони з’ясували, що нейрони мозку, що відповідають за картографування простору, реагують на віртуальну реальність не так, як на реальні умови. Висновки вчених можуть бути важливими для людей, які використовують віртуальну реальність для ігор, військових тренажерів, комерційних, наукових цілей та інших призначень.

«Картина активності області мозку, що бере участь в просторовому орієнтуванні у віртуальному світі, абсолютно інша, ніж при обробці активності в реальному світі, – розповів Маянк Мета, професор фізики, неврології та нейробіології Каліфорнійського університету, провідний автор роботи. – Оскільки все більше людей використовують віртуальну реальність, важливо зрозуміти, чому має місце така велика різниця».

Учені вивчали гіпокамп, область мозку, залучену в такі захворювання, як Альцгеймер, інсульт, депресія, шизофренія, епілепсія та ПТСР. Гіпокамп також відіграє важливу роль у формуванні нових спогадів і створенні ментальних карт простору. Наприклад, коли людина досліджує кімнату, нейрони гіпокампу стають вибірково активними, створюючи «когнітивну карту» навколишнього середовища.

Механізм, за допомогою якого мозок створює такі когнітивні карти, залишається загадкою, але неврологи припускають, що гіпокамп обчислює відстань між суб’єктом і оточуючими пам’ятками, наприклад, будівлями і горами. Інші сигнали кшталт запахів і звуків також можуть допомогти мозку визначити дистанції до об’єктів.

Щоб перевірити, чи може гіпокамп фактично утворити просторову карту тільки за візуальними орієнтирами, команда Мета розробила неназивну середу віртуальної реальності і вивчила, як нейрони гіпокампу у мозку щурів реагували на віртуальний світ, не маючи можливості використовувати запахи і звуки в якості сигналів.

Учені поміщали щурів на бігову доріжку в оточенні «віртуального світу» на великих відео екранах – таке занурення було ще більш потужним, ніж IMAX – і в тихій темній кімнаті. Потім заміряли поведінку щурів та активність сотень нейронів гіпокампу. Також предметом вимірювань була поведінка щурів і нейронна активність, коли ті рухалися в реальному кімнаті, яка виглядала в точності як віртуальна.

Вчені з подивом виявили, що результати віртуальної і реальної середи були абсолютно різними. У віртуальному світі нейрони гіпокампу щурів спрацьовували абсолютно випадково, ніби не мали ні найменшого уявлення, де знаходилися щури – хоча самі щури вели себе абсолютно нормально в реальному і віртуальному світах.

«Карта» повністю зникла, – розповів Мета. – Ніхто цього не очікував. Активність нейронів випадковим чином визначала становище щурів у віртуальному світі.

Захра Агаджан, аспірант Каліфорнійського університету і теж автор роботи, розповів наступне: «Ретельний математичний аналіз показав, що нейрони в віртуальному світі розраховували дистанцію, яку проходили щури, незалежно від того, де вони перебували у віртуальному просторі».

Також вчені були шоковані, виявивши, що хоча нейрони гіпокампу щурів були дуже активні в реальному середовищі, більше половини їх відключилося у віртуальному середовищі. Віртуальний світ, використовуваний у дослідженні, був дуже схожий на середу віртуальної реальності, використовувану людьми, і нейрони в мозку щурів було б дуже важко відрізнити від нейронів людського мозку, говорить Мета. «Нейронна модель у віртуальній реальності істотно відрізняється від картини активності в реальному світі. Нам потрібно в повній мірі зрозуміти, як віртуальна реальність впливає на мозок».

На додаток до аналізу активність окремих нейронів, команда Мета вивчила великі групи клітин мозку. Попереднє дослідження показало, що група нейронів створює складну картину, використовуючи ритми головного мозку.

«Ці складні ритми мають вирішальне значення для навчання і пам’яті, але ми не можемо почути або побачити ці ритми у себе в голові. Вони приховані від нас, – говорить Мета. – Складна картина, яку вони створюють, не піддається інтерпретації людиною. Нейрони в цьому регіоні, відповідальному за пам’ять, спілкуються один з одним, використовуючи два абсолютно різних мови одночасно. Один мова заснований на ритмі, інший на інтенсивності».

Мета каже, що кожен нейрон в гіпокампі говорить на двох мовах одночасно, порівнюючи це явище з безліччю одночасно звучать мелодій у фузі Баха. Вчені говорять, що у віртуальному середовищі мову ритмів володіє схожою структурою того, що є в реальному світі, навіть якщо повідомляє щось принципово різне в кожному з світів. Однак мова, заснований на інтенсивності, повністю руйнується.

Коли люди йдуть пішки або намагаються щось згадати, активність гіпокампу стає дуже ритмічної, і виникає складна картина ритмів, каже Мета. Ці ритми сприяють формуванню спогадів і нашої здатності викликати їх. Мета припускає, що у деяких людей з розладами пам’яті ці ритми порушені.

«Нейрони, що беруть участь в пам’яті, взаємодіють з іншими частинами гіпокампу як оркестр, – говорить Мета. – Навіть якщо кожен скрипаль і кожен трубач буде грати свою партію бездоганно, вони повинні бути ідеально синхронізовані».

Мета вважає, що перебудовуючи і синхронізуючи ці ритми, лікарі зможуть відновлювати пошкоджену пам’ять, але це буде дуже нелегко. Нейрони і синапси – з’єднання між нейронами – залишаються неймовірно складними машинами.

Будь-які експерименти вчені проводять на щурах, бо на людях такі дослідження проводити неможливо і неетично – у всякому разі, на даний момент.