Нейробиологи из Массачусетского технологического института (MIT) обнаружили, что зрительная кора головного мозга имеет специализированные субрегионы для обработки визуальной информации о «предметах» (твердых, цельных объектах) и «веществах» (нецельных, текучих материалах, таких как жидкости или песок). Это различие, подробно описанное в исследовании, опубликованном в журнале Current Biology, предполагает, что мозг использует для каждой категории разные вычислительные методы.
Авторы исследования, нейробиолог Нэнси Кэнвишер и когнитивный нейробиолог Вивиан Паулун, определяют «предметы» как твердые, жесткие объекты, например, прыгающий мяч или камень, скользящий по воде. «Вещества», в свою очередь, — это нецельные, текучие или сыпучие материалы, такие как каскадный водопад, мед, сироп или песок. Понимание этого разделения помогает объяснить, как мозг планирует различные физические взаимодействия с миром: твердый предмет можно схватить, тогда как для взаимодействия с веществом, скорее всего, понадобится инструмент или контейнер.
Мозг является многозадачным органом с четко разделенными областями для разных функций. Например, префронтальная кора отвечает за высокоуровневые задачи, такие как оценка безопасности при переходе улицы. Мозжечок контролирует крупную моторику, а продолговатый мозг управляет автоматическими функциями, такими как дыхание и сердцебиение. Подобная специализация характерна и для зрения.
Визуальная информация обрабатывается двумя основными путями. Вентральный зрительный путь, или «область что», помогает нам распознавать формы и трехмерные объекты. Ключевой зоной в этом пути является латеральный затылочный комплекс (LOC). Второй, дорсальный зрительный путь, помогает сравнивать визуальную информацию с другими органами чувств. В нем находится фронтопариетальная физическая сеть (FPN), которая анализирует физические свойства материалов, такие как размер и стабильность.
До этого исследования большинство работ по изучению этих путей проводилось с использованием только твердых объектов («предметов»). Восприятие «веществ» оставалось неизученным. Чтобы восполнить этот пробел, ученые провели эксперимент с использованием специально созданных видео и функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ).
Исследователь Вивиан Паулун с помощью программы для создания визуальных эффектов создала более 100 видеороликов. В клипах были показаны «предметы» или «вещества», взаимодействующие с окружающей средой различными способами: они плескались или катались внутри прозрачного ящика, падали на другой объект, а также прыгали или стекали по лестнице. Мозг участников сканировался с помощью фМРТ во время просмотра этих видео.
Результаты показали, что хотя и латеральный затылочный комплекс (LOC) в вентральном пути, и фронтопариетальная физическая сеть (FPN) в дорсальном пути активируются при просмотре как «предметов», так и «веществ», внутри каждой из этих областей существуют уникальные субрегионы. Одна часть в каждой сети реагировала сильнее на твердые объекты, а другая — на текучие материалы.
«Мы не видели этого раньше, потому что никто раньше не задавался таким вопросом», — отмечает Вивиан Паулун.
Это открытие позволяет провести аналогию с работой искусственных физических движков, используемых в графике видеоигр. В играх трехмерные объекты («предметы») часто представляются в виде сетки (mesh), в то время как жидкости («вещества») изображаются как наборы частиц (sets of particles). Ученые выдвинули гипотезу, что мозг может иметь отдельные вычислительные системы для представления и моделирования «веществ» и «предметов».
Предполагается, что эти специализированные регионы могли развиться в ходе эволюции, чтобы помочь мозгу лучше планировать взаимодействия с физическим миром. В дальнейших исследованиях команда планирует проверить, связаны ли области мозга, обрабатывающие «предметы», с нейронной цепью, отвечающей за планирование захвата объекта.
Кроме того, ученые намерены выяснить, коррелируют ли области внутри фронтопариетальной физической сети (FPN) с конкретными характеристиками материалов, такими как прыгучесть мяча или видимая густота воды.
Другое направление будущих исследований — изучение того, как латеральный затылочный комплекс (LOC) представляет изменения формы жидкостей и других эластичных объектов, что позволит глубже понять механизмы визуального восприятия динамичного и изменчивого мира.
Изображение носит иллюстративный характер
Авторы исследования, нейробиолог Нэнси Кэнвишер и когнитивный нейробиолог Вивиан Паулун, определяют «предметы» как твердые, жесткие объекты, например, прыгающий мяч или камень, скользящий по воде. «Вещества», в свою очередь, — это нецельные, текучие или сыпучие материалы, такие как каскадный водопад, мед, сироп или песок. Понимание этого разделения помогает объяснить, как мозг планирует различные физические взаимодействия с миром: твердый предмет можно схватить, тогда как для взаимодействия с веществом, скорее всего, понадобится инструмент или контейнер.
Мозг является многозадачным органом с четко разделенными областями для разных функций. Например, префронтальная кора отвечает за высокоуровневые задачи, такие как оценка безопасности при переходе улицы. Мозжечок контролирует крупную моторику, а продолговатый мозг управляет автоматическими функциями, такими как дыхание и сердцебиение. Подобная специализация характерна и для зрения.
Визуальная информация обрабатывается двумя основными путями. Вентральный зрительный путь, или «область что», помогает нам распознавать формы и трехмерные объекты. Ключевой зоной в этом пути является латеральный затылочный комплекс (LOC). Второй, дорсальный зрительный путь, помогает сравнивать визуальную информацию с другими органами чувств. В нем находится фронтопариетальная физическая сеть (FPN), которая анализирует физические свойства материалов, такие как размер и стабильность.
До этого исследования большинство работ по изучению этих путей проводилось с использованием только твердых объектов («предметов»). Восприятие «веществ» оставалось неизученным. Чтобы восполнить этот пробел, ученые провели эксперимент с использованием специально созданных видео и функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ).
Исследователь Вивиан Паулун с помощью программы для создания визуальных эффектов создала более 100 видеороликов. В клипах были показаны «предметы» или «вещества», взаимодействующие с окружающей средой различными способами: они плескались или катались внутри прозрачного ящика, падали на другой объект, а также прыгали или стекали по лестнице. Мозг участников сканировался с помощью фМРТ во время просмотра этих видео.
Результаты показали, что хотя и латеральный затылочный комплекс (LOC) в вентральном пути, и фронтопариетальная физическая сеть (FPN) в дорсальном пути активируются при просмотре как «предметов», так и «веществ», внутри каждой из этих областей существуют уникальные субрегионы. Одна часть в каждой сети реагировала сильнее на твердые объекты, а другая — на текучие материалы.
«Мы не видели этого раньше, потому что никто раньше не задавался таким вопросом», — отмечает Вивиан Паулун.
Это открытие позволяет провести аналогию с работой искусственных физических движков, используемых в графике видеоигр. В играх трехмерные объекты («предметы») часто представляются в виде сетки (mesh), в то время как жидкости («вещества») изображаются как наборы частиц (sets of particles). Ученые выдвинули гипотезу, что мозг может иметь отдельные вычислительные системы для представления и моделирования «веществ» и «предметов».
Предполагается, что эти специализированные регионы могли развиться в ходе эволюции, чтобы помочь мозгу лучше планировать взаимодействия с физическим миром. В дальнейших исследованиях команда планирует проверить, связаны ли области мозга, обрабатывающие «предметы», с нейронной цепью, отвечающей за планирование захвата объекта.
Кроме того, ученые намерены выяснить, коррелируют ли области внутри фронтопариетальной физической сети (FPN) с конкретными характеристиками материалов, такими как прыгучесть мяча или видимая густота воды.
Другое направление будущих исследований — изучение того, как латеральный затылочный комплекс (LOC) представляет изменения формы жидкостей и других эластичных объектов, что позволит глубже понять механизмы визуального восприятия динамичного и изменчивого мира.
