Меню

Какого цвета должны быть мозги



Цветовая палитра мозга

Почему мы видим цвета? Где в нашей голове рождается цвет? В этих вопросах решили разобраться ученые из Китая, опубликовавшие статью в журнале Neuron. Исследователи смогли выяснить, как и где именно происходит восприятие цвета в мозге и чем становится цвет на языке нейронов.

Credit: public domain

Откуда берется цвет? Все мы еще со школьной скамьи знаем, что цвет – это всего лишь отражение светового луча, имеющее определенную частоту волны, от некой поверхности. Отраженный свет попадает на сетчатку глаза, но не весь. Часть света отражается от поверхности, а другая часть – поглощается ей. Поглощенный свет и обуславливает оттенки, которые мы видим.

Простая школьная истина. Но неужели учителя думают, что этого объяснения достаточно? Кажется, что в нем есть большой пробел. Предположим, часть световых лучей отразилась от поверхности и попала на сетчатку. Но ведь, как писал еще в 18-ом веке Исаак Ньютон, видимый спектр электромагнитного излучения – тот самый свет, который мы можем наблюдать – не имеет окраски, он – прозрачный! Откуда же все-таки появляется цвет?

Недавнее исследование, опубликованное в журнале Neuron, пытается раскрыть подробности нейронной организации цветового восприятия. Оказалось, что цвет во многом зависит от активности нейронов нашего мозга. Удивлены?

Путь света в мозге

Давайте попробуем разобраться в том, что происходит в мозге, когда мы видим цвета. Вроде бы ясно, что цвет зависит от длины электромагнитной волны, которая попадает к нам в глаза. Ученые сходятся во мнениях, что восприятие цвета начинается с колбочек сетчатки глаза. Таких колбочек всего три, и они ответственны за разные цвета (следовательно, за разные длины волн): зеленые (средневолновые), синие (коротковолновые), и красные (длинноволновые).

Три колбочки вместе формируют так называемое цветовое пространство. Работая друг с другом, колбочки посылают выходные сигналы в первичную зрительную кору (V1). Однако по пути они проходят ряд других зон мозга, в частности, латеральное коленчатое тело таламуса (LGN – lateral geniculate nucleus). В нейронах коленчатого тела сигналы от колбочек дополняются противоположным цветом, и теперь каждый сигнал может быть представлен в двух вариантах: для синего цвета – синим и желтым, для красного – красным и зеленым (и наоборот). Согласно теории Эвальда Херинга, получить всевозможное сочетание цветов можно именно из таких оппонентных цветов в LGN. Сигналы как бы сравниваются между собой, формируя некоторое соотношение, что и определяет получаемый цвет.

В обыденной жизни аналогом такого соотношения может быть получение коричневого цвета при смешивании зеленого и красного, или получение фиолетового из желтого и синего.

Наличие оппонентных цветов отчасти объясняет феномен пост-изображения. Если вы будете долго смотреть, например, на зеленый круг, то затем, закрыв глаза, вы увидите круг красного цвета на закрытом веке. Кажется, что нейроны, ответственные за зеленый цвет, просто устали и, отдыхая, дают возможность активно поработать нейронам оппонентного цвета.

После того, как в LGN произошло первичное различение цветов, сигнал идет дальше в первичную зрительную кору. В ней ученые смогли различить так называемые цветовые круги. Если присмотреться к фотографии ниже, то можно увидеть, что каждому цвету соответствуют нейроны, располагающиеся под определенным углом от центральной точки.

Credit:D. Fitzpatrick et al.

Однако поздние исследования показали, что подобная теория не может объяснить все. Это лишь первый этап в процессе восприятия цветов. Что же происходит дальше? До сих пор остается непонятным, где именно локализовано осознанное восприятие конкретного цвета.

Исследователи из Китая решили изучить цветовое восприятие не на уровне сетчатки и таламуса, а в глубинах коры головного мозга. Ученые из лаборатории докторов Ванга и Танга применили несколько методик, способных показать активность мозга живой макаки на разных уровнях с разным разрешением и на разных стадиях обработки визуального сигнала в коре: в зонах V1, V2 и V4.

Цветовое зонирование

Зона V1 — это первичная зрительная кора. В нее приходят зрительные сигналы после их обработки в латеральном коленчатом теле таламуса. Здесь происходит первичный анализ всей информации, которую мы видим. V1 разбирает картинку на множество составляющих: форму, пространственное расположение, цвет, освещенность и так далее. При этом интересно, что активность нейронов V1 повторяет видимое изображение, но переворачивает его, и выглядит примерно так:

Зона V2 – следующий обязательный этап обработки визуальной информации. В ней происходит реконструкция непрерывных контуров изображения, ряд элементов изображения приобретают свою значимость, выстраивается целостная карта визуального восприятия. Считается, что эта зона вовлечена в формирование зрительной памяти.

Зона V4 – это та область, которая ответственна за восприятие цветов. Если V4 не работает, то возникает церебральная ахроматопсия – расстройство, при котором человек не может различать и использовать цветовую информацию.

Как же узнать, где и как локализуется восприятие цвета? Исследователи использовали оптическую визуализацию внутренних сигналов мозга у бодрствующей макаки в зонах V1, V2 и V4, одновременно применив электрофизиологию высокого разрешения и двухфотонную визуализацию.

Оптическая визуализация внутренних сигналов (ISOI) это техника, предназначенная для картирования динамических процессов в одиночных клетках, слоях или даже в целом мозге. Для ее реализации ученые «прорубают» небольшие «окна» в черепе (или максимально уменьшают толщину кости), через которые затем освещают кору мозга светом от 500 до 650 нм. На это освещение реагирует гемоглобин в нейронах: обогащенный кислородом гемоглобин реагирует на более короткую длину волны, обедненный – на более длинную, что видно на камере.

Двухфотонная визуализация – методика, основанная на возбуждении такого вещества как флуорофор, который излучает свет. Флюорофор впитывает 2-3 фотона длинноволновой электромагнитной волны (красные цвета). Если оба фотона впитываются одновременно, то будет происходить излучение света. Энергия фотонов при этом комбинируется, что позволяет инфракрасным фотонам с низкой энергией возбуждать стандартный флюорофор, который вводят в подопытное животное. Инфракрасный свет проходит глубоко в ткани. Из-за низкой энергии инфракрасный свет оказывается менее опасным, что позволяет использовать такую технологию для живых организмов без риска их повредить.

Читайте также:  Какие цвета развивают мышление

Данные технологии позволили ученым увидеть постепенное увеличение размеров и четкости хромотопических карт (то есть групп нейронов, которые активируются для конкретных цветов). Такие нейроны группируются в одинаковые каплевидные формы, активирующиеся при восприятии конкретных оттенков. При том ясно прослеживается закономерность: восприятие цветов на конце спектра (красный, фиолетовый) уменьшается от зоны V1 к зоне V4 (то есть активность нейронов меньше) и наоборот, цвета из центра спектра (желтый, зеленый) лучше воспроизводятся от зоны V2 к зоне V4. Видимо, на раннем этапе цветового восприятия наш мозг составляет цветовое пространство, на более поздних этапах другие зоны мозга активно пользуются этим пространством, дополняя его.

Видимое излучение изначально не имеет цвета. Колбочки сетчатки могут конвертировать спектральную информацию в нейронные сигналы, которые затем обрабатываются зрительной корой для того, чтобы в конечном итоге появилось восприятие цвета. Как обрабатываются цветовые сигналы на различных уровнях коры – пока неясно.

Тем не менее нейровизуализация смогла показать так называемую «карту оттенков» — организованные структуры, ответственные за различные оттенки. Иными словами, их можно представить как радугу различной формы, разбросанную по поверхности мозга. Используя несколько методов, ученые сформировали и проанализировали карту оттенков для трех последовательных зон зрительного восприятия – V1, V2 и V4.

Credit: Wei Wang et al / Neuron 2020

Кое-что интересное можно увидеть, если внимательно присмотреться к таким «картам оттенков». Во-первых, эти карты становятся больше по своему размеру от зоны V1 к зоне V4. Во-вторых, они по своей форме повторяют друг друга в каждой зоне. В-третьих, большая цветовая однородность и четкость появляется при приближении к зоне V4 – именно благодаря ей мы начинаем осознавать цвета. Двухфотонная нейровизуализация подтвердила, что нейроны в более высоких зонах мозга (например, V2) более специфичны к восприятию оттенков, чем в более низких (например, V1).

Хочется отметить, что это исследование позволяет сформировать подробное понимание нейропсихологии восприятия цвета, который задействует колбочки сетчатки, проходит через «карты оттенков» в разных зонах мозга и становится осознаваемым в высших структурах мозга. Хочется верить, что результаты данных исследований когда-нибудь расскажут нам, как бороться с различными заболеваниями, которые навсегда обесцвечивают мир человека (ахроматопсия).

Текст: Никита Отставнов

Hierarchical Representation for Chromatic Processing across Macaque V1, V2, and V4 by Ye Liu, Ming Li, Xian Zhang, Niall Mcloughlin, Shiming Tang, Wei Wang in Neuron. Published August 2020

Источник

10 мифов о нашем мозге

Мозг — один из самых удивительных органов в человеческом теле. Он контролирует нашу центральную нервную систему, помогает нам ходить, разговаривать, дышать и думать. К тому же это невероятно сложная система, состоящая из 100 миллиардов нейронов.

В мозге происходит так много всего, что сразу несколько областей медицины и науки посвящены его изучению и лечению, включая неврологию, психологию и психиатрию.

Хотя люди изучали мозг с еще древних времен, многие аспекты мозга остаются до сих пор загадкой. Неудивительно, что мы склонны упрощать информацию о том, как работает мозг, чтобы лучше его понять. Это привело к появлению множества заблуждений о нашем мозге.

1. Цвет мозга: наш мозг серый

Вы когда-нибудь задумывались о цвете собственного мозга? Скорее всего – нет, если вы не работаете в медицинской сфере. Если у вас была возможность видеть мозг, сохраненный в банке, то он, как правило, имел белый или серый с желтоватым оттенок. Однако живой пульсирующий мозг в нашем черепе не такой тусклый на вид. В нем присутствует белый, черный и красный компонент.

Хотя большая часть мозга серая, так называемое серое вещество, которое представляет собой разные типы клеток, он содержит и белое вещество, содержащее нервные волокна, присоединенные к серому веществу.

В мозге также есть черная субстанция (Substantia nigra), которая имеет черный цвет благодаря нейромеланину – особому виду пигмента, который окрашивает кожу и волосы и является частью базальных ганглиев.

И наконец, красный цвет появляется благодаря множеству кровеносных сосудов в мозге. Так почему же мозг имеет такой тусклый цвет? Это все благодаря формальдегиду, который сохраняет мозг в банке.

2. Эффект Моцарта: прослушивание классической музыки делает нас умнее

Многие родители покупают DVD, видео и другую продукцию классической музыки, искусства и поэзии для малышей, считая, что это полезно для умственного развития ребенка. Есть даже сборники классической музыки, разработанные для еще неродившихся детей в животе в матери. Эта идея стала настолько популярной, что ее назвали «эффектом Моцарта».

Откуда же появился этот миф? В 1950-х годах врач-отоларинголог Альберт Томатис (Albert Tomatis) заявил, что прослушивание музыки Моцарта помогло людям с речевыми и слуховыми нарушениями.

В 1960-х годах 36 студентов участвовали в исследовании Калифорнийского университета, прослушивая по 10 минут из сонаты Моцарта перед тем, как пройти тест IQ. Согласно психологу д-ру Гордону Шоу (Gordon Shaw), баллы студентов по IQ увеличились в среднем на 8 баллов и так родился «эффект Моцарта«.

Однако, как оказалось, исследователь, проводивший этот эксперимент, никогда не утверждал, что музыка может сделать кого-то умнее, а лишь показал, что она улучшает выполнение некоторых пространственно-временных задач. Другим исследователям не удалось повторить результаты, и сейчас нет данных о том, что прослушивание музыки Моцарта или другой классической музыки может сделать вас умнее.

Единственное, что известно, так этот то, что изучение игры на музыкальных инструментах улучшает концентрацию, уверенность в себе и координацию.

3. Извилины мозга: у нас появляются новые складки в мозге, когда мы учим что-то новое

Когда мы представляем себе, как выглядит мозг, мы рисуем себе картину закругленной серой массы из двух долей с множеством «морщин» или борозд.

Читайте также:  Как использовать цвет гель лака

По мере нашего развития, мозг стал больше, чтобы вместить все высшие функции, которые отличают нас от других животных. Но, чтобы мозг мог умещаться в череп, он должен находится в определенной пропорции к остальной части тела, и мозг начал морщиться.

Если бы можно было разгладить все извилины и борозды, мозг стал бы размером с подушку. Существуют различные виды извилин и борозд со своим названием, и они отличаются у разных людей.

Однако такой «морщинистый» вид появляется не сразу. У плода на раннем этапе развития очень гладкий небольшой мозг. По мере роста плода, растут нейроны, которые передвигаются к различным областям мозга, создавая впадины и борозды. Через 40 недель его мозг становится таким же складчатым (но меньше по размеру), как и мозг взрослого человека.

Таким образом новые складки не появляются по мере, того как мы учимся, и все складки, с которыми мы рождаемся остаются на всю жизнь, если конечно мы здоровы.

Во время обучения наш мозг действительно меняется, но не в плане извилин и борозд. Изучая мозг животных, ученые выяснили, что синапсы — связи между нейронами и кровяные клетки, которые поддерживают нейроны, растут и их количество увеличивается. Это явление называется нейропластичностью.

4. Мозг может выполнять несколько функций одновременно

5. 25-й кадр: Мы можем учиться, влияя на подсознание

25-й кадр – это сообщение, заключенное в картинку или звук, которое было сделано с целью внедрить его в подсознание и повлиять на поведение человека.

Первым человеком, кто ввел этот термин, стал Джеймс Вайкери (James Vicary), который заявил, что внедрил сообщения во время показа фильма в Нью-Джерси. Сообщение вспыхивало на экране на 1/3000 секунды, внушая зрителям «выпить Кока-колу» или «Съесть попкорн».

Согласно Вайкери, продажи колы в кинотеатре выросли на 18 процентов, а попкорна на 57 процентов, что подтверждало эффективность 25-го кадра. Результаты этого эксперимента стали использовать в телевизионной рекламе, чтобы убедить покупателей приобретать определенные продукты.

Но на самом ли деле 25-й кадр действовал? Как оказалось, Вайкери сфабриковал результаты исследования. Последующие исследования, как например, сообщение «Звони прямо сейчас», которое показывали на канадском телевидении, не оказало никакого действия на телезрителей. Однако многие люди до сих пор считают, что музыка и реклама содержит скрытые посылы.

И хотя прослушивание специальных записей для самовнушения, возможно, не повредит, вряд ли это поможет вам бросить курить.

6. Размер мозга: у человека самый большой мозг

Многие животные используют свой мозг, чтобы выполнять те же действия, что и люди, например, чтобы найти решение задачи, используя инструменты, и демонстрируя сопереживание. И хотя ученые не пришли к согласию относительно того, что делает человека умным, большинство все же согласны, что человек является самым умным существом на Земле. Возможно по этой причине, многие приходят к выводу, что у нас самый крупный мозг среди животных.

Но это не совсем так. Средний вес человеческого мозга составляет 1361 грамм. У дельфинов – очень умных животных, мозг имеет в среднем такой же вес. Тогда как у кашалота, который считается не таким умным, как дельфин, мозг весит около 7 800 грамм.

С другой стороны мозг гончих собак весит около 72 грамм, а мозг орангутана 370 грамм. И собаки и орангутаны считаются умными животными, но у них маленький мозг. А у птиц, как например, голубя, вес мозга составляет всего 1 грамм.

При этом, вес тела дельфина составляет в среднем 158, 8 кг, а кашалота 13 тонн. Обычно чем больше животное, тем крупнее его череп и соответственно мозг. Гончие относительно небольшие собаки, весом до 11,3 кг, и потому их мозг меньше. Другими словами важен не размер мозга, а соотношение веса мозга по отношению к общему весу тела. У людей такое соотношение составляет 1 к 50, и на мозг приходится больше веса, чем у других животных. Для большинства млекопитающих, соотношение составляет 1 к 220.

Интеллект также связан с разными составляющими мозга. У млекопитающих более развита кора больших полушарий, отвечающая за высшие функции, такие как память, общение и мышление, в отличие от птиц, рыб и рептилий. У человека самая большая мозговая кора по отношению к размеру мозга.

7. Мозг остается активным после обезглавливания

Когда-то, обезглавливание считалось одним из самых распространенных методов экзекуции, отчасти благодаря гильотине. Хотя многие страны отказались от этого метода казни, его все еще применяют среди террористов и других групп. При этом гильотина была выбрана в качестве быстрой и относительно гуманной смерти. Но насколько быстро она происходит?

Идея того, что после отсечения головы, вы какое-то время находитесь в сознании, появилась во времена Французской революции, когда была создана гильотина. В 1793 году француженка Шарлотта Корде была казнена при помощи гильотины за убийство радикального журналиста, политика и революционера Жана Поля Марата.

После отсечения головы женщины, один из помощников поднял ее голову и ударил по щеке. Согласно свидетелям, глаза Корде посмотрели на помощника, и на ее лице было выражение негодования. После этого инцидента, людей, которых обезглавливали, просили после казни моргнуть, и некоторые свидетели утверждали, что глаза продолжали моргать еще в течение 30 секунд.

Другим примером стал случай, описанный французским врачом д-ром Габриелем Бюри (Gabriel Beaurieux), который наблюдал за обезглавливанием мужчины по имени Лонгиль. Врач утверждал, что видел, как веки и губы ритмически сжимались в течение 5-6 секунд, а когда он назвал его по имени, веки жертвы медленно приподнялись, а его зрачки сфокусировались.

Все эти случаи могут заставить нас поверить в то, что после обезглавливания человек может оставаться в сознании даже на несколько секунд. Однако большинство современных врачей считают, что такая реакция является не чем иным, как рефлекторными подергиваниями мышц.

Читайте также:  Кому подходит икона неувядаемый цвет

Мозг, отрезанный от сердца, сразу впадает в кому и начинает умирать, а сознание теряется в течение 2-3 секунд, из-за быстрого уменьшения внутричерепного кровотока. Что же касается безболезненности гильотины, то разделение головного и спинного мозга после рассечения окружающих тканей вызывает резкую и очень сильную боль. По этой причине, обезглавливание во многих странах не применяется.

8. Травма мозга необратима

Наш мозг очень хрупкий орган, который восприимчив к множеству травм. Повреждение мозга может вызвать что угодно, начиная от инфекций до автомобильной катастрофы, и часто ведет к смерти клеток мозга. У многих людей травма мозга ассоциируется с образами людей в вегетативном состоянии или с постоянными физическими или умственными нарушениями.

Но это не всегда так. Существует разные виды травм мозга, и то, как она повлияет на человека, зависит от места и тяжести повреждения. При легкой травме мозга, как например сотрясении, мозг отскакивает внутри черепа, что может привести к кровотечению и разрывам, но мозг при этом может хорошо восстановиться. При тяжелой травме мозга, иногда требуется операция, чтобы убрать скопление крови или уменьшить давление. В этом случае последствия, как правило, необратимые.

Однако некоторые люди с травмой мозга, могут частично восстановиться после повреждения. Если нейроны были повреждены или потеряны, они не могут снова вырасти, но синапсы — связи между ними, могут.

Часто мозг создает новые связи, и некоторые области мозга берут на себя новые функции и учатся заново делать какие-то вещи. Так пациенты, пережившие инсульт, восстанавливают речь или моторные навыки.

9. Действие наркотиков: при употреблении наркотиков в мозге образуются дыры

То, как наркотики влияют на мозг, до сих пор является предметом споров. Некоторые считают, что только при злоупотреблении наркотических веществ могут появиться долговременные последствия, другие – что эти последствия появляются сразу после первого употребления.

В одном исследовании выяснили, что потребление марихуаны приводит только к небольшой потере памяти, а в другом, что долгое и частое использование может сморщить части мозга. Некоторые люди даже считают, что использование таких наркотиков, как кокаин и экстези может привести к появлению дыр в мозге.

На самом деле, единственное, что может продырявить ваш мозг – это физическая травма.

Тем не менее, наркотические вещества действительно вызывают кратковременные и долговременные последствия в мозге. Они могут уменьшить воздействие нейромедиаторов – передатчиков нервных импульсов, таких как допамин. Это объясняет, почему наркоманам нужно потреблять все больше наркотиков, чтобы добиться тех же ощущений. Также это может привести к проблемам в функции нейронов.

В 2008 году исследование показало, что длительное потребление некоторых наркотиков может вызвать рост определенных структур мозга. По этой причине наркоманам бывает так сложно изменить свое поведение.

10. Алкоголь убивает клетки мозга

Один лишь взгляд на пьяного человека может убедить нас в том, что алкоголь напрямую воздействует на мозг. Среди последствия неумеренного потребления алкоголя наблюдается спутанность речи, нарушенная моторики и суждения. Также человек часто страдает от головной боли, тошноты и неприятного побочного эффекта – похмелья. Но может ли стаканчик другой убить клетки мозга? А что насчет запоев или постоянного употребления алкоголя?

На самом деле, даже у алкоголиков, потребление алкоголя не приводят к смерти клеток мозга. Однако, он действительно повреждает окончания нейронов, называемые дендридами. Это приводит к тому, что возникают проблемы при передаче сообщений между нейронами, хотя такое повреждение обратимо.

У алкоголиков может развиться неврологическое нарушение называемое синдром Гайе-Вернике, при котором происходит потеря нейронов в определенных частях мозга. Также этот синдром вызывает проблемы с памятью, спутанность сознания, паралич глаз, отсутствие мышечной координации и амнезию. Кроме того, это может привести к смерти.

Само нарушение вызвано не алкоголем, а недостатком тиамина или витамина В1. Дело в том, что алкоголики часто плохо питаются, а злоупотребление алкоголем мешает всасыванию тиамина.

И хотя алкоголь не убивает клетки мозга, в больших количествах он все равно повреждает мозг.

Бонус: Сколько процентов мозга использует человек?

Вы наверняка часто слышали о том, что мы используем только 10 процентов нашего мозга. В пример даже приводят цитаты известных людей, таких как Альберт Эйнштейн и Маргарет Мид.

Источником этого мифа стал американский психолог Уильям Джеймс, которые как-то сказал, что «средний человек редко достигает только малой доли своего потенциала». Каким-то образом эту фразу превратили в «10 процентов нашего мозга».

С первого взгляда это кажется нелогичным. Зачем нам такой большой мозг, если мы его полностью не используем? Появились даже книги, которые обещали научить людей использовать остальные 90 процентов их мозга.

Но, как можно было уже догадаться, такое мнение ошибочно. Кроме 100 миллиардов нейронов, мозг содержит разные типы клеток, которые мы постоянно используем. Человек может стать инвалидом, даже при повреждении небольшой области мозга, в зависимости от того, где она находится, и потому мы не можем существовать только на 10 процентах мозга.

Сканирование мозга показало, что, что бы мы не делали, наш мозг всегда остается активным. Одни области более активны, чем другие, но нет части, которая бы совсем не работала.

Так, например, если вы сидите за столом и едите бутерброд, вы не используете свои ноги. Вы сконцентрированы на том, чтобы поднести бутерброд ко рту, прожевать и проглотить его. Но это не значит, что ваши ноги не работают. В них сохраняется активность, как например кровоток, даже если вы ими не двигаете.

Другими словами у нас нет скрытого дополнительного потенциала, который можно было использовать. Но ученые до сих пор продолжают изучать мозг.

Источник