"Divi skaitītāji - viens risinājums": kā smadzenes apvieno skaņu un attēlu, lai ātrāk nospiestu pogu

Kad zālē dzirdama čaukstoņa un mirgojoša ēna, mēs reaģējam ātrāk nekā tad, ja būtu tikai skaņa vai zibspuldze. Klasika. Bet kas īsti notiek smadzenēs šajās sekundes daļās? Jauns raksts žurnālā Nature Human Behaviour liecina, ka redze un dzirde uzkrāj pierādījumus atsevišķi, un lēmuma pieņemšanas brīdī to "summa" iedarbina vienu motorisku sprūdu. Citiem vārdiem sakot, galvā ir divi sensori akumulatori, kas kopīgi aktivizē vienu motorisku mehānismu.

Fons

Kā smadzenes ātri pieņem lēmumus skaņu un attēlu “trokšņainajā pasaulē” ir gadsimtiem sens jautājums, taču uz to nav skaidras atbildes. Kopš 19. gadsimta beigām un 20. gadsimta psihofizikā ir zināms “lieko signālu efekts” (RSE): ja mērķis tiek parādīts vienlaicīgi divās modalitātēs (piemēram, zibspuldze un tonis), reakcija ir ātrāka nekā ar vienu signālu. Strīds bija par mehānismu: neatkarīgu kanālu “sacensības” (rases modelis), kur uzvar ātrākais sensorais process, vai koaktivācija, kur pierādījumi no dažādām modalitātēm faktiski summējas, pirms izraisa reakciju. Formāli testi (piemēram, Millera nevienādība) palīdzēja uzvedības līmenī, bet neparādīja, kur tieši notiek “locījums” – sensoro akumulatoru pusē vai jau pie motorā sprūda.

Pēdējo 10–15 gadu laikā neirofizioloģija ir piedāvājusi uzticamus šo latento stadiju marķierus. Visievērojamākie ir centroparietālā pozitivitāte (CPP) — supramodāls EEG “uzkrāšanās līdz slieksnim” signāls, kas labi atbilst lēmumu pieņemšanas dreifa-difūzijas modeļiem, un beta redukcija (~20 Hz) kreisajā motorajā garozā kā kustību sagatavošanās indekss. Šie signāli ir ļāvuši sasaistīt skaitļošanas modeļus ar reālām smadzeņu ķēdēm. Tomēr joprojām pastāv galvenās nepilnības: vai audio un vizuālie pierādījumi tiek uzkrāti vienā vai divos atsevišķos akumulatoros? Un vai pastāv viens motorais slieksnis multimodālai lēmumu pieņemšanai, vai arī katra modalitāte tiek “vērtēta” pēc atsevišķiem kritērijiem?

Papildu sarežģījums ir laika noteikšana. Reālos apstākļos redzei un dzirdei ir mikrosekundes-milisekundes desinhronitāte: neliela laika nobīde var maskēt procesa patieso arhitektūru. Tāpēc ir nepieciešamas paradigmas, kas vienlaikus kontrolē reakcijas noteikumu (reaģēt uz jebkuru modalitāti vai tikai uz abām vienlaikus), maina asinhronitāti un ļauj apvienot reakcijas laiku uzvedības sadalījumus ar EEG marķieru dinamiku vienā modelēšanā. Tieši šī pieeja ļauj atšķirt "sensoro akumulatoru summēšanu ar sekojošu vienas motora iedarbināšanu" no "kanālu sacensības" vai "agrīnas apvienošanās vienā sensoru plūsmā" scenārijiem.

Visbeidzot, pastāv praktiska motivācija, kas pārsniedz pamata teoriju. Ja sensorie akumulatori patiešām ir atsevišķi un motorais trigeris ir kopīgs, tad klīniskajās grupās (piemēram, parkinsonisms, ADHD, spektra traucējumi) vājā vieta var atrasties dažādos līmeņos – akumulācijā, konverģencē vai motorajā sagatavošanā. Cilvēka un mašīnas saskarnēm un brīdināšanas sistēmām signālu fāze un laiks ir kritiski svarīgs: pareizai skaņas un attēla fāzei vajadzētu maksimāli palielināt kopīgo ieguldījumu motorajā slieksnī, nevis vienkārši "palielināt skaļumu/spilgtumu". Šie jautājumi ir jaunā raksta konteksts žurnālā Nature Human Behaviour, kurā vienlaikus tiek pētīta multimodāla noteikšana uzvedības, EEG dinamikas (CPP un beta) un skaitļošanas modelēšanas līmenī.

Ko tieši viņi atklāja?

• Divos EEG eksperimentos (n=22 un n=21) dalībnieki noteica izmaiņas punktu animācijā (redze) un toņu sērijā (dzirdes), nospiežot pogu, kad viena no tām mainījās (liekā noteikšana), vai tikai tad, kad mainījās abas (konjunktīvā noteikšana).
• Pētnieki uzraudzīja neironu pierādījumu "skaitītāju" - centroparietālo pozitivitāti (CPP) - un kreisās puslodes beta aktivitātes dinamiku (~20 Hz) kā kustību sagatavošanās marķieri. Šie signāli tika salīdzināti ar reakcijas laika sadalījumiem un skaitļošanas modeļiem.
• Secinājums: dzirdes un vizuālie pierādījumi uzkrājas atsevišķos procesos, un, lieki atklājot tos, to kumulatīvais ieguldījums subaditīvi (mazāk nekā vienkārša summa) aktivizē vienu sliekšņa motoro procesu - pašu darbības "aktivizētāju".

Svarīga detaļa ir "ārpus sinhronizācijas" pārbaude. Kad pētnieki ieviesa nelielu asinhronitāti starp audio un vizuālajiem signāliem, modelis, kurā sensorie akumulatori vispirms integrējas un pēc tam informē motoro sistēmu, izskaidroja datus labāk nekā akumulatori, kas "sacīkst" viens ar otru. Tas pastiprina ideju, ka sensorās plūsmas darbojas paralēli, bet saplūst vienā motoro lēmumu mezglā.

Kāpēc jums tas jāzina (piemēri)

• Klīnika un diagnostika. Ja sensorie akumulatori ir atsevišķi un motorais slieksnis ir kopīgs, tad dažādām pacientu grupām (ar autisma spektra traucējumiem, uzmanības deficīta un hiperaktivitātes sindromu, parkinsonismu) var būt dažādi "sadalīšanās mezgli" – akumulācijā, konverģencē vai motorajā trigerī. Tas palīdz precīzāk izstrādāt biomarķierus un uzmanības/reakcijas treniņus.
• Cilvēka un mašīnas saskarnes: Brīdinājuma signālu un multimodālu saskarņu projektēšanā var gūt labumu no optimālas skaņas un vizuālo signālu fāzes, lai motora koaktivācija būtu ātrāka un stabilāka.
• Lēmumu pieņemšanas neironu modeļi. Rezultāti saista ilgtermiņa uzvedības "pretrunas" (rases un koaktivācijas attiecības) ar specifiskiem EEG marķieriem (CPP un motorās garozas beta ritms), pietuvinot skaitļošanas modeļus reālajai fizioloģijai.

Kā tas tika paveikts (metodoloģija, bet īsumā)

• Paradigmas: redundances (reaģē uz jebkuru modalitāti) un konjunktīvas (reaģē tikai uz abām vienlaikus) – klasiska metode, kas ļauj "nosvērt" katras sensorās atzara ieguldījumu. Plus atsevišķs eksperiments ar doto asinhronitāti starp audio un video.
• Neirosignāli:
  • CPP — sensorisko pierādījumu uzkrāšanās "supramodālais" indekss līdz slieksnim;
  • Beta viļņu samazinājums kreisajā motorajā garozā ir kustību sagatavošanās rādītājs. To laika profilu salīdzinājums uzrādīja atšķirīgas CPP amplitūdas dzirdes un vizuālajiem mērķiem (norāda uz atsevišķiem akumulatoriem) un kopīgu beta mehānisma piedziņu (norāda uz kopīgu motoro slieksni).
• Simulācija: RT uzvedības sadalījumu un EEG dinamikas kopīga pielāgošana. Modelis ar sensoro akumulatoru integrāciju pirms motorā mezgla uzvarēja salīdzinājumā, īpaši asinhronitātes klātbūtnē.

Ko tas maina smadzeņu attēlā?

• Multimodalitāte ≠ "sajauc un aizmirsti". Smadzenes nesaglabā visus pierādījumus vienā traukā; tās veic paralēlus ierakstus dažādos kanālos, un integrācija notiek tuvāk darbībai. Tas izskaidro, kāpēc multimodālas norādes paātrina reakcijas laiku — tās vienlaikus paceļ vienu un to pašu motorisko karodziņu.
• Subaditivitāte ir norma. Sensoro ievades signālu "summa" ir mazāka par vienkāršu aritmētisku aprēķinu, taču ar to pietiek, lai ātrāk sasniegtu motoro slieksni. Tātad saskarnes mērķis nav "pievienot skaļumu un spilgtumu", bet gan sinhronizēt konverģenci.
• Tilts starp psihofiziku un neirofizioloģiju: veci uzvedības "lieku signālu" efekti saņem mehānisku skaidrojumu, izmantojot CPP un beta marķierus.

Ierobežojumi un nākamais solis

• Izlase ir veseli pieaugušie laboratorijas uzdevumu veikšanā; klīniskie secinājumi ir nākamais posms. Testi ir nepieciešami pacientiem un dabiskā multimodālā vidē.
• EEG sniedz lielisku laika, bet ierobežotu telpisko ainu; ir loģiski to papildināt ar MEG/invazīvo reģistrāciju un efektīviem savienojamības modeļiem.
• Teorija paredz, ka audiovizuālo signālu laika treniņiem vajadzētu selektīvi uzlabot motorisko stadiju, nemainot sensoros akumulatorus – šī ir pārbaudāma hipotēze praktiskos uzdevumos (sportā, aviācijā, rehabilitācijā).

Kopsavilkums

Smadzenes uztur atsevišķus "skaitītājus" redzei un dzirdei, bet lēmumus pieņem ar vienu pogu. Izprotot, kur tieši notiek sensorās informācijas "salocīšana" darbībā, mēs varam precīzāk pielāgot diagnostiku, saskarnes un rehabilitāciju — sākot no pilota ķiverēm līdz telemedicīnai un uzmanības neiroedukācijai.

Avots: Egan, JM, Gomez-Ramirez, M., Foxe, JJ et al. Atšķirīgi audio un vizuālie akumulatori koaktivizē motorisko sagatavošanos multisensoriskai noteikšanai. Nat Hum Behav (2025). https://doi.org/10.1038/s41562-025-02280-9