Ssylka

Физический движок в голове: как мозг разделяет твердые предметы и текучие вещества

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.
Физический движок в голове: как мозг разделяет твердые предметы и текучие вещества
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.


Новое на сайте

18585Портативный звук JBL по рекордно низкой цене 18584Воин-крокодил триаса: находка в Бразилии связала континенты 18583Опиум как повседневность древнего Египта 18582Двойной удар по лекарственно-устойчивой малярии 18581Почему взрыв массивной звезды асимметричен в первые мгновения? 18580Почему самые удобные для поиска жизни звезды оказались наиболее враждебными? 18579Смертоносные вспышки красных карликов угрожают обитаемым мирам 18578Почему самый активный подводный вулкан тихого океана заставил ученых пересмотреть дату... 18577Вспышка на солнце сорвала запуск ракеты New Glenn к Марсу 18576Как фишинг-платформа Lighthouse заработала миллиард долларов и почему Google подала на... 18575Почему космический мусор стал реальной угрозой для пилотируемых миссий? 18574Зеленый свидетель: как мох помогает раскрывать преступления 18573Инфраструктурная гонка ИИ: Anthropic инвестирует $50 миллиардов для Claude 18572Кровь активных мышей омолодила мозг ленивых сородичей 18571Как легализация ставок превратила азарт в повседневную угрозу?