Международная группа под руководством исследователей из CTB-UPM показывает, что миндалевидное тело человеческого мозга способно обнаруживать возможные угрозы в визуальной среде в сверхбыстрых временных масштабах.
Впервые международная группа ученых под руководством исследователей из Campus de Excelencia Internacional Moncloa (UCM-UPM) показала, что миндалевидное тело в человеческом мозгу способно обнаруживать возможные угрозы в визуальной среде в сверхбыстрых временных масштабах. Измеряя электрическую активность миндалины пациентов, которым были имплантированы электроды, чтобы лучше диагностировать их эпилепсию, исследователи получили новые данные о том, как информация перемещается между визуальными и эмоциональными сетями.
Миндалевидное тело – это структура мозга, которая является частью лимбической системы и играет ключевую роль в эмоциональной обработке. В отличие от неокортекса, внешней части мозга, которая покрывает оба полушария и выполняет самые высокие когнитивные функции человека, такие как обработка изображений или язык, миндалевидное тело находится во внутренней или подкорковой части мозга.
"Миндалевидное тело занимает привилегированное место в головном мозге, являясь одной из наиболее связанных структур. Он отправляет и принимает проекции из областей мозга на разных уровнях и в то же время способен косвенно вызывать физиологические изменения и реакции вегетативной нервной системы," объясняет Константино Мендес-Бертоло из Университета Комплутенсе (UCM) и Политехнического университета Мадрида (UPM). Однако его расположение глубоко внутри мозга затрудняет изучение структуры с помощью обычных методов нейровизуализации.
Чтобы лучше диагностировать такие клинические состояния, как эпилепсия, нейрохирурги могут имплантировать электроды в миндалину. В исследовании, опубликованном в Nature Neuroscience, исследователи полагались на сотрудничество одиннадцати пациентов, прошедших такую клиническую оценку доктором. Антонио Хиль-Нагель в больнице Рубер Интернасьональ (Мадрид) с имплантированными в эту область мозга электродами.
Анализ активности миндалины у этих пациентов позволил исследователям собрать первые прямые доказательства у людей, что эта область сама по себе способна очень быстро извлекать информацию о биологически значимых стимулах в визуальной сцене, прежде чем получать более точные визуальные данные от неокортекса.
Чтобы прийти к такому выводу, ученые провели два эксперимента. В первом пациенты должны были указать, нажимая одну из двух кнопок, если картинки, которые они видели (выражение страха, счастья или нейтральное выражение лица), принадлежали мужчине или женщине.
Помимо эмоций, экспериментаторы также манипулировали пространственной частотой лиц. Авторы показали нормальные фотографии (включающие все частотные диапазоны), смешанные с изображениями лиц, состоящих только из низкочастотных или высокочастотных компонентов. Низкочастотные изображения выглядят как размытые – можно различить, открыты или закрыты глаза или рот, но детали не видны – в то время как высокочастотные изображения имеют резкие края, а черты лица выделяются.
Считается, что существует два пути, по которым визуальная информация перемещается в аффективные нейронные цепи. Один идет прямо от таламуса к миндалине. Этот "низкая дорога" состоит из нейронов класса магноцеллюлярных, через которые передаются только низкочастотные компоненты. Другой путь идет от таламуса к затылочной коре, где начинается традиционная визуальная обработка. Этот "шоссе" состоит из магноклеточных, а также парвоцеллюлярных нейронов, в которых передаются как высокие, так и низкие пространственные частоты.
Авторы заметили, что миндалевидное тело может работать только с грубой визуальной информацией в изображении, если это изображение передает биологически значимую информацию об угрозе, в данном случае выражение страха другим человеком.
"Мы начали с гипотезы о том, что, если миндалевидное тело будет демонстрировать быструю эмоциональную реакцию, это будет больше для отрицательных эмоций, и это может происходить до тех пор, пока в визуальном входе присутствуют компоненты с низкой пространственной частотой, поскольку информация будет поступать из пульвинария. ядро таламуса к миндалине через магноцеллюлярные аксоны, которые не несут высокочастотную пространственную информацию," указывает Мендес-Бертоло, один из главных авторов.
Записывая внутричерепные данные миндалины, исследователи смогли обнаружить очень быстрый электрический ответ – до 100 мс – на низкочастотные компоненты раздражающих раздражителей лица. За этим последовали реакции – значительно позже – как миндалины, так и зрительной коры на изображения с компонентами высокой или низкой пространственной частоты.
Во втором эксперименте пациенты рассматривали нейтральные и крайне неприятные сложные визуальные изображения и указывали, относится ли изображение к внутренней или наружной сцене. Результаты по сравнению с предыдущим экспериментом, в котором были показаны только лица, показали, что такой быстрой эмоциональной реакции не было на более сложные зрительные стимулы.
Это новое понимание того, как информация перемещается между зрительной системой и эмоциональными сетями, может помочь в лучшем понимании патологий с повышенным чувством страха, например, при фобиях и тревоге, где миндалевидное тело, как считается, играет фундаментальную роль.
"Наша работа подчеркивает важность сверхбыстрой реакции мозга на визуальные стимулы, связанные с угрозой. Реакции миндалевидного тела настолько быстры, что могут отражать автоматический или бессознательный визуальный процесс, который может объяснить, почему страх иногда выходит из-под нашего произвольного контроля," по словам доктора. Брайан Стрэндж.