Что отвечает за воображение в голове
Ученые определили область мозга, отвечающую за воображение
Если человек использовал свое воображение, то поток информации продвигался от теменной доли к затылочной доле головного мозга. Теменная доля составляет значительную часть полушарий головного мозга и занимает верхнебоковые поверхности. Теменная доля – это область высокого порядка, которая синтезирует чувства, поступающие из областей низшего порядка.
Как выяснилось, визуальна информация, напротив, поступает в теменную долю из затылочной, которая является большой частью зрительной коры мозга. Проще говоря, сигналы от зрительного восприятия реальности и сигналы от воображения движутся в полярных направлениях. Результаты этих исследований подтверждают гипотезу о том, что процессы в мозге человека являют собой специфические направленные информационные потоки.
Головной мозг человека – одна из наименее изученных областей. Однако уже известно, что мозг – это не просто набор независимых частей, а целая сеть областей, взаимодействующих между собой.
Это исследование может подтолкнуть науку к разработке новейших инструментов, помогающих понять, что именно происходит в мозге человека во время работы воображения или сна. Также профессор Ван Вин надеется, что новые методики помогут понять, как именно мозг использует сети для кодировки кратковременной памяти.
Кстати, недавно ученые из Йельской школы медицины выяснили, что готовность рисковать тоже определяется структурой мозга. Две группы молодых мужчин и женщин должны были выбрать между различными лотереями, которые отличались между собой по степени риска. Те, у кого определенная зона теменной коры была большего объема, чем у других испытуемых, были способны на значительно больший риск. Исследователи смогли определить это благодаря МРТ, которое они делали участникам во время эксперимента.
Нейрофизиологи составили карту «центра воображения» в мозге человека
МОСКВА, 16 сен — РИА Новости. Нейрофизиологи впервые смогли выделить отделы мозга, участвующие в работе нашего воображения, и составить подробную карту взаимосвязей между частями «центра фантазий» в нашей голове, говорится в статье, опубликованной в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Во время эксперимента ученые попросили своих подопечных представить себе составную трехмерную фигуру, а затем, через несколько минут после начала наблюдений, усложнить ее или «разобрать» на составляющие элементы. Это позволило нейрофизиологам выделить те части мозга, которые были активны во время этого умственного упражнения, и определить то, как они были связаны.
Оказалось, что «центр воображения» состоит из 12 отдельных элементов, разбросанных по всей коре мозга человека. Четыре ее ключевых элемента находятся в лобно-теменной доле, а остальные восемь распределены по всем другим отделам мозга, в том числе и в мозжечке, и соединены с центральной частью системы.
По словам авторов статьи, данная система работает очень гибко и способна менять свою конфигурацию при решении разных умственных задач. Как правило, в таких случаях одна из 12 зон, так называемый срединно-височный узел (MTL), берет на себя роль «дирижера» в работе центра воображения.
«Наши открытия позволяют нам сделать очередной шаг к пониманию того, как устройство нашего мозга отличает нас от других видов живых существ и откуда взялся тот богатый внутренний мир, позволяющий нам свободно думать. Осознание этих различий поможет нам понять, откуда это все берется и возможно позволит воссоздать часть этих созидательных и мыслительных процессов в «думающих» машинах», — заключает Шлегель.
PsyAndNeuro.ru
Нейробиология воображения
Что же такое человеческое воображение? Что это за удивительная способность, которой обладает большинство из нас, что позволяет путешествовать сквозь пространство и время, испытывая на себе влияние вымышленных миров, предметов, страхов и удовольствий. Когда мы думаем о чувственных характеристиках чего-либо, например, яблока или заката, у большинства из нас в сознании сразу же возникнет зрительный образ соответствующих вещей. Мы буквально осознаем определенную версию яблока или заката, хотя этот переживаемый нами опыт и является несколько размытым и смазанным, ослабленным по сравнению с восприятием реального видимого объекта.
Способность человека к воображению (прим пер. – Здесь и далее под воображением будет пониматься способность спонтанно или преднамеренно создавать в сознании образы объектов, имеющих чувственные характеристики) тысячелетиями была центральным предметом обсуждения человеческой психики сначала философами, затем психологами, а в настоящее время – специалистами по нейронаукам. Практически любой поведенческий или когнитивный процесс, для усиления которого необходима симуляция входящей сенсорной информации, тем или иным образом оперирует зрительными образами.
Говоря о «мысленном взоре», люди обычно имеют в виду произвольное, то есть, происходящее по собственной воле, воссоздание в сознании некоего чувственного опыта. Однако существует множество примеров непроизвольных чувственных переживаний, так же не связанных с воздействием на анализаторы и прямым входом сенсорной информации. К примеру, при синестезии и зрительных галлюцинациях люди могут переживать восприятие цвета без соответствующего возбуждения фоторецепторов сетчатки. Люди, страдающие посттравматическим стрессовым расстройством (ПТСР), могут переживать так называемые «флешбеки» – наплывы ярких, интенсивных воспоминаний о травмирующем событии, воспринимаемые как непроизвольные зрительные образы. Подобные «бессознательные», непроизвольные чувственные переживания без прямого входа соответствующей сенсорной информации иногда называют «фантомным восприятием». В рамках одной из парадигм, процессы формирования визуальных образов в сознании можно разделить на два типа: произвольные и непроизвольные. Эти две категории аналогичны подтипам внимания – эндогенного и экзогенного. И так же, как и в ранний период исследования внимания, нынешние исследования только начинают проливать свет на сходства и различия между этими двумя формами «фантомного восприятия».
Важно отметить, что воображение затрагивает все пять чувств. Тем не менее, аналогично исследованиям реального восприятия, преобладают работы по изучению именно визуального воображения. Конечно, люди – это «визуальные» существа. Это становится ясно, когда мы видим насколько велики отделы коры головного мозга, ответственные за обработку зрительной информации, по сравнению с аналогичными отделами для других органов чувств. Кроме того, визуальная информация сама по себе крайне насыщенна и полна деталями, что делает ее восприятие важнейшим инструментом для сбора информации об окружающем мире. Тем не менее, следует помнить, что сосредоточение исследовательских усилий на изучении формирования лишь визуальных образов накладывает определенные ограничения на возможность изучения воображения вообще, так как полученные результаты нельзя экстраполировать на аспекты воображаемых образов, связанных с другими органами чувств.
Нейробиологические механизмы формирования визуальных образов
Зрительное воображение включает в себя активность взаимосвязанных в единую сеть различных отделов коры – от лобных долей до первичной зрительной коры, расположенной в затылочной доле. Нейробиологические исследования воображения можно разделить на работы, посвященные механизмам, запускающим процессы формирования образов, механизмам генерации этих образов и манипуляций с ними, а также механизмам, определяющим силу и яркость визуальных образов и их взаимосвязь со зрительным восприятием.
Стоит сразу отметить, что представлять у себя в голове яблоко, представлять повороты двух- и трехмерных геометрических фигур и, например, представлять, как мы занимаемся спортом, – это три совершенно разных процесса, очень часто определяемых просто как «воображение».
К настоящему времени было проведено много исследований формирования визуальных образов, и особенно роли первичной зрительной коры в нем. Подобный интерес объясняется господствовавшими в исследовательской среде до недавнего времени «дебатами об образности». (см. Доп.1) Кроме того, многое о нейронных механизмах формирования визуальных образов помогли понять исследования, проведенные при участии людей с различной силой и интенсивностью внутренних визуальных образов. Далее приведен краткий обзор имеющихся на сегодняшний день данных о вовлеченности различных отделов мозга в процесс визуального воображения, а также как эти зрительные образы обрабатываются на различных участках этой сложной сети.
Визуальное воображение: зрение наоборот
Существует гипотеза о том, что произвольное формирование зрительных образов основано на комбинации различной информации, полученной из долговременной памяти. На основе этой гипотезы была предложена очень простая и интуитивно понятная модель формирования визуальных образов: обратная зрительная иерархия (см. Рис.1). Как правило, представляя какой-либо объект, мы комбинируем различную информацию о свойствах похожих объектов, с которыми мы контактировали в прошлом, и которая отложилась в нашей памяти. Благодаря господствовавшим до недавнего времени «дебатам об образности» большинство нейровизуализационных исследований были посвящены именно роли первичных зрительных зон и сходству их активности при формировании визуальных образов с таковой при реальном зрительном восприятии. И поэтому, к сожалению, не так много работы были посвящены целостному, системному исследованию зрительного воображения в целом, хотя отдельные данные все же свидетельствуют о правильности гипотезы обратной зрительной иерархии.
Формирование мысленных образов и манипуляции с ними непосредственно связаны с активностью лобной коры. Однако эта активность, судя по всему, почти не зависит от того, что именно мы представляем. Следовательно, лобные отделы коры, по-видимому, играют общую организующую роль и координируют активность пространственных и сенсорных зон, а не содержат сами изображения в себе. Однако, несмотря на некоторые доказательства принципа обратной иерархичности (в том числе и по данным фМРТ), до сих не очень ясно, как именно в динамике скоординирована работа различных отделов мозга, приводящих в итоге к построению целостного образа. Часть трудностей заключается в том, что довольно непросто оценить изолированно роль конкретно лобной коры из-за различия заданий, которые предлагались испытуемым в фМРТ-исследованиях. Например, как уже было отмечено выше, представить яблоко, совершить мысленный поворот объекта и представить собственную физическую активность – это три крайне разных процесса, которые должны включать в себя активность различных отделов мозга, однако в исследованиях все это часто собирается под один общий термин «визуальное воображение».
Имеются данные о том, что для построения сложных образов, включающих в себя несколько расположенных относительно друг друга в пространстве объектов, необходима активность гиппокампа. Было зарегистрировано, что у испытуемых, представляющих такие образы повышался BOLD-сигнал от гиппокампа (BOLD – Blood Oxygen-Level Dependent; сигнал, зависящий от уровня кислорода крови – является основным показателем активности зон мозга при проведении фМРТ-исследований; чем он выше, тем более активна в данный момент времени определенная область мозга). Более того, люди с повреждениями гиппокампа хуже формируют сложные пространственные образы, а их словесные описания объектов или сцен беднее и часто содержат в себе пространственные неточности и несостыковки. Однако при измерении активности отдельных нейронов у людей, было показано, что лишь небольшая часть нейронов гиппокампа активируется в ответ на представление визуальных образов. А в некоторых работах вообще не удалось показать связь между активностью гиппокампа и визуальным воображением. Таким образом, хотя гиппокамп скорее всего и вовлечен в компоненты воображения, связанные с памятью и пространственным построением, точную роль этой структуры еще только предстоит выяснить.
Изучение вопроса о роли зрительной коры, особенно первичной зрительной коры (V1, visual cortex 1, здесь и далее различные иерархические зоны зрительной коры будут обозначаться аналогично: V2 – вторичная зрительная кора, V3 – третичная и т.д.), доминировал в нейровизуализационных исследованиях на протяжении последних 25 лет. За это время было опубликовано более 20 работ, посвященных конкретной роли V1 в построении зрительных образов. Результаты данных исследований не совсем однозначны. Хотя во многих работах и было продемонстрировано усиление BOLD-сигнала от V1, в других же работах такого не наблюдалось. Скорее всего, эти различия в полученных результатах объясняются разнородностью исследований: разными заданиями, разными образами, которые нужно было представлять (например, простые или комплексные), а также различиями в силе и яркости воображаемых образов у разных людей. С приходом новых, мультивариантных методов анализа фМРТ-данных, мы теперь имеем точные доказательства вовлеченности V1 и V2 в процесс формирования зрительных образов. Более того, когда подобные алгоритмы были «натренированы» на восприятии реальных изображений и ограничены воксельной моделью восприятия (voxel-wise model of perception; модель декодирования изображений, основанная на перцепционной информации), они все же смогли точно декодировать сигналы. Это доказывает, что воображаемые образы в зрительной коре строятся по тем же принципам, что и при восприятии реальных объектов.
Таким образом, паттерны активности для визуального воображения и визуального восприятия сходны, начиная еще с V1. Однако схожесть этих паттернов усиливается в последующих по иерархии зонах обработки зрительной информации. Эта находка отлично встраивается в общую модель обратной иерархичности визуального воображения. Если произвольное формирование образов идет «спереди-назад», то логично, что зоны, лежащие впереди (например, третичная зрительная кора или веретенообразная зона, ответственная за распознавание лиц) и, соответственно, ближе к лобным и височным отделам, запускающим и передающим сигналы в процессе формирования зрительных образов, будут обладать более сильной активностью, то есть, более схожей с таковой при восприятии реального объекта.
Сеть пассивного режима работы мозга и визуальное воображение
Сеть пассивного режима работы мозга (Default Mode Network, DMN) – это взаимосвязанная группа зон мозга, активность которой выявляют во время периодов отдыха между задачами, то есть, когда мозг «ничем не занят». Она в большей степени определяется функциональной связанностью и временными отношениями между активностью таких расположенных далеко друг от друга структур, как задняя поясная кора, дорсомедиальная префронтальная кора и гиппокамп. Однако DMN также в некоторой степени сходна с сетями, активирующимися при выполнении когнитивных задач. Интересно, что сети, ответственные за воссоздание в уме прошедших событий, в определенной степени пересекаются с DMN. Одно из исследований, посвященных мысленным манипуляциям, созданию и деконструкции зрительных образов, показало, что многие отделы мозга, такие как дорсолатеральная префронтальная кора, задняя теменная кора, заднее предклинье и затылочная кора, действуют взаимосвязано, формируя сеть, ответственную за создание и деконструкцию мысленных образов, при чем эти образы не являются прямым отображением соответствующих эпизодов из памяти. Таким образом, можно предположить, что DMN вовлечена в процессы генерации визуальных образов. Однако, из-за того, что большинство исследований предполагало использование сложных сцен из воспоминаний или построения сценариев будущих действий, сложно четко отграничить активность, связанную с памятью и временными характеристиками, от активности при изолированном акте формирования мысленного образа, обладающего чувственными характеристиками. Тем не менее, учитывая тот факт, что большинство испытуемых в фМРТ-исследованиях во время отдыха между заданиями (а именно тогда и регистрируется активность того, что потом назвали DMN) что-либо представляют у себя в уме, для нас не должен быть удивительным факт вовлеченности DMN в процессы воображения. Но, тем не менее, все еще необходимы дальнейшие работы по сопоставлению активности DMN и представлению конкретных объектов или их абстрактных свойств, чтобы точно определить роль этой сети.
Вентральный и дорсальный потоки обработки зрительной информации
Существует довольно известное деление системы обработки зрительной информации на два потока, движущихся соответственно вентрально и дорсально. Вентральный путь ассоциирован со свойствами самих объектов. При повреждении этого пути нарушается способность воспринимать объекты сами по себе и их размеры. Повреждения же дорсального пути ухудшают возможность восприятия положения объектов и изменений их пространственного взаиморасположения. Полученные к настоящему моменту данные свидетельствуют о том, что разделение ролей между этими потоками при визуальном воображении такое же, как и при восприятии. В одной из недавних работ, посвященных афантазии, было показано, что испытуемые, не способные представить цельные объекты с их свойствами, все же сохраняют способность к пространственным манипуляциям в уме.
Непроизвольные зрительные образы
Как отмечалось ранее, некоторые зрительные образы могут возникать в сознании помимо воли, например, вызываться каким-либо ассоциациями. Условно-поведенческие исследования на животных показали, что, когда обучение происходит между двумя стимулами, сенсорные нейроны в таких зонах, как средняя или нижняя височная кора начинают отвечать на отсутствующий стимул так, как будто он на самом деле есть. Тем не менее, мы пока не знаем, способны ли животные к формированию чего-то похожего на воображаемые объекты.
В исследованиях, проведенных при участии людей, было показано, что при восприятии черно-белых изображений фруктов повышалась активность тех участков V1, которые связаны с восприятием определенного цвета, соответствующего фрукту (для банана – желтый, для апельсина – оранжевый и т.д.). Это соотносится с результатами поведенческих экспериментов, показывающих, что у нас возникают «цветные» переживания, когда мы воспринимаем черно-белые изображения объектов, для которых, как правило, всегда характерен какой-либо определенный цвет. В другой работе было продемонстрировано, что при восприятии низкоконтрастных движущихся узоров, формирующих иллюзорное изображение, «достраивание» этого изображения связано с активностью в V1 и V2.
Предшествующие появлению изображения ожидания непосредственным образом влияют на его восприятие. Одно фМРТ-исследование показало, что сенсорный «шаблон» предстоящего визуального стимула уже формируется в V1, даже когда изображение не появляется потом вовсе. Интересно, что до сих пор не очень понятно, насколько произвольны эти процессы. Выбирает ли человек предварительно стратегию использования подходящего образа, чтобы облегчить восприятие ожидаемого объекта? Или же эти образы возникают исключительно рефлекторно? Недавнее исследование показало, что изображения могут формироваться еще до сознательного произвольного усилия, что, таким образом, дает возможность предположить существование бессознательных непроизвольных образов. На рис.2 показан схема взаимоотношений различных типов формирования зрительных образов и их возможный перекрест.
Рис.2. Схема различных типов визуального изображения – произвольного (voluntary), непроизвольного ассоциативного (involuntary associative) и непроизвольного перецптивного (involuntary perceptual). Непроизвольное ассоциативное воображение является продуктом ассоциативного обучения. К примеру, после тысячи наблюдений того, что помидоры – красные, черно-белое изображение помидора будет казаться слега красноватым благодаря непроизвольному ассоциативному воображению; наш мозг буквально достраивает цвет изображения. Обратимся к классическому примеру условного рефлекса у собаки Павлова. Вызывает ли звонок изображение еды в уме собаки? На данной схеме динамик символизирует условный стимул (СS), вызывающий воображаемый в сознании безусловный стимул (US). Перцептивное непроизвольное воображение, или фантомная перцепция, – это когда низкоуровневые перцептивные структуры мозга непроизвольно влияют на восприятие и, тем самым, формируют иллюзии.
Таким образом, при непроизвольном формировании образов так же, как и при произвольном воображении, активируются соответствующие зоны сенсорной коры. Например, непроизвольное возникновение образа движения связано с активностью средней височной зоны, в то время как неосознанное представление цвета связано c V1 и V4. Что до сих пор остается загадкой, так это вовлеченность высокоуровневых несенсорных структур, таких как лобная и теменная кора. Хотя кажется логичным, что эти зоны не должны быть вовлечены в процессы непроизвольного воображения, данных, чтобы сделать однозначный вывод, все еще недостаточно.
Нейробиологические механизмы, обуславливающие силу образов
Еще, как минимум, с XIX века люди пытались понять, почему же воображение так сильно отличается у разных людей. Сейчас, когда «дебаты об образности» окончены, вопросы о том, какие механизмы лежат в основе процессов формирования образов и определяют различия в их «яркости», все еще находятся в центре внимания исследователей.
В одном из недавних исследований изучалась связь площади поверхности V1 и характеристиками визуального воображения.Как и способность к воображению, площадь поверхности V1 – это величина, которая у каждого человека своя. Исследования, проведенные с использованием объективных перцептивных измерений силы воображения (техника бинокулярной конкуренции (см. доп.2)), показали что площади поверхностей V1 и V2, но не V3, отрицательно коррелировали с силой воображения. Иными словами, люди, обладающие более сильным воображением имели меньшую площадь поверхности первичной зрительной коры. Было показано, что точность формируемых образов, наоборот, положительно коррелирует с площадью поверхности V1, как и точность зрительного восприятия. Таким образом, сопоставив эти результаты, можно сделать вывод, что люди, обладающие более «ярким» воображением в то же время менее точны в создаваемых в их сознаниях образах. Иными словами, чем сильнее воображение, тем более эти воображаемые образы расплывчаты.
Эта взаимосвязь между яркостью и силой образов и площадью коры в последнее время заинтересовала клинических исследователей. Данные гистологических исследований показывают, что размер V1 и общее число нейронов в этой зоне снижено на 25% у людей, страдающих шизофренией, по сравнению со здоровыми контрольными испытуемыми. Это соотносится с данными об общем снижении размеров мозга примерно на 2% у лиц, страдающих шизофренией. Люди с таким диагнозом сообщают о большей яркости формирующихся визуальных образов. Кроме того, в исследованиях с использованием объективного варианта теста бинокулярной конкуренции было установлено, что пациенты с диагнозом «шизотипическое расстройство личности» обладают более сильным сенсорным воображением. Пациенты с ПТСР, также сообщающие о более сильных возникающих образах, имеют некоторое снижение объема серого вещества в зрительной коре.
Необходимо отметить, что эта связь между площадью поверхности V1 и силой воображения исключительно корреляционная, а не причинно-следственная. Следовательно, несмотря на многие нейробиологические и клинические исследования, эти данные не объясняют некий функциональный механизм.
Интересно, что имеются данные о реципрокном взаимоотношении между V1 и лобной корой: чем меньше V1, тем более выражены лобные отделы. Если принять, что лобная кора отвечает за формирование зрительных образов (по принципу обратной иерархии), то большие лобные отделы и меньшие размеры V1 приведут к болшему контролю зрительной коры в процессе воображения. (см Рис.3.)
Не только анатомическое строение первичной зрительной коры, но и кортикальная активность также связана с силой воображения. Кроме того, в недавних работах было показано, что сила формируемых воображаемых образов не является постоянной величиной, а представляет из себя переменную, меняющуюся в разные моменты времени у каждого человека. А эти изменения, в свою очередь, определяются динамикой активности целой сети структур по всему головному мозгу, в том числе, и степенью «перекреста» между системами, отвечающими за воображение и за восприятие, соответственно.
Некоторые недавно полученные данные позволяют предположить, что свою роль в определении силы воображения может играть возбудимость зрительной коры. В данной работе использовались методы транскраниальной магнитной стимуляции, при помощи которой вызывались фосфены, и фМРТ для оценки активности покоя. На основании полученных данных оценивалась возбудимость коры. Было показано, что прямая стимуляция зрительной коры, которая изменяет возбудимость коры в состоянии покоя, обладает слабым эффектом на силу формирования зрительных образов, при чем этот эффект мог быть как потенциирующим, так и ингибирующим. Используя данные других схожих исследований, все же можно сделать вывод (хотя и предварительный) о том, что сила воображения, а также других форм «фантомного восприятия», например, синестезии, может зависеть от возбудимости зрительной коры.
Рис.3. Теоретическое представление визуального воображения в виде квадрата, которое показывает возможную связь между силой активности, связанной с воображением и проходящей «спереди-назад» и «шумовой» активностью зрительной коры. Сильный сигнал «спереди-назад» и низкий «шум» дают наиболее сильный воображаемый образ (квадрат), в то время как выскоий уровень нейронального «шума» и слабый сигнал, ассоциированный с процессами воображения, дают наиболее слабую воображаемую картину (верхний правый квадрант)
Роль зрительной коры в процессах воображения можно охарактеризовать следующим образом: зрительная кора представляется некой «доской для рисования», на которой рисуются образы, причем, как под действием сигналов «спереди-назад» при воображении, так и сигналов «сзади-наперед» при реальном восприятии. Наш мозг не затихает, безмолвно ожидая входящую сенсорную информацию. Он всегда активен, при чем эта фоновая активность постоянно меняется. Степень этой фоновой активности на «доске образов», безусловно, повлияет на воображение, как повлияет и сила сигнала «спереди-назад» (продолжая метафору, сила этого сигнала соответствует яркости и контрастности мела для доски). У одного человека может быть низкий уровень фоновой активности V1, но также и слабый сигнал «спереди-назад», что, таким образом, приведет к довольно слабому визуальному воображению. У другого же человека, наоборот, сигнал будет сильным, но и уровень фоновой, шумовой, активности зрительной коры также будет высоким, следовательно у них воображаемые образы будут, хоть и не такими слабыми, но все же нечеткими и распадающимися (см. Рис.3). Соответственно, наиболее сильные визуальные образы будут формироваться у людей с сильным сигналом «спереди-назад» и низким уровнем фоновой активности зрительной коры. Однако это всего лишь упрощенная теория, и, безусловно, на процессы воображение, как на сложную мультикомпонентную систему, действует большее количество различных факторов, в том числе, особенности памяти, уровни некоторых гормонов, наличие неврологической и психиатрической патологии и даже прием психоделиков.
Воображение как слабая форма восприятия
Практически каждый человек безусловно отличит опыт настоящего восприятия от воображения. Однако после прошедшего века поведенческих исследований мы можем предположить, что визуальное воображение может иметь функциональное влияние на процессы восприятия, то есть, выступать как бы слабой формой зрительного восприятия. К примеру, как и представление в голове ориентированных неким образом линий и восприятие их непосредственного изображения одинаковым образом влияет на последующее восприятие. Содержание воображаемых образов также может обуславливать некоторые формы обучения. Представление некоей воображаемой картины может точно так же, как и реальное ее восприятие, включить процессы обучения, улучшая последующую чувствительность к восприятию и распознаванию подобных специфических стимулов. Кроме того, содержание воображаемых образов может участвовать в процессах ассоциативного обучения с эмоциональными стимулами точно так же, как это происходит при обработке зрительной информации. В одной работе также было показано, что, чем более яркий свет представлял себе испытуемый, тем меньше становился диаметр его зрачков, при этом никакой сопутствующей зрительной стимуляции не было.
Сейчас уже имеется достаточно сведений о том, что визуальное воображение содействует визуального восприятию соответствующего стимула. Даже когда этапы воображения и восприятия разведены во времени и отделены друг от друга этапами решения когнитивных задач, этот потенциирующий эффект все равно остается. Слабые сенсорные стимулы (низкоконтрастные или тусклые изображения) оказывают тот же усиливающий эффект на последующее восприятие. Интенсивность и длительность предшествующего стимула, по-видимому, определяют, будет ли это влияние на последующее восприятие стимулирующим (если изображения были плохо видны и необходимо усилить восприятие), либо ингибирующим (если изображения были чрезмерно яркими и восприятие необходимо адаптировать). По этой же логике, по степени влияния предшествующего периода визуального воображения на последующеее восприятия мы можем судить о силе этого процесса (см. Доп.2).
Критика некоторых работ по исследованию воображения была сосредоточена на том, что в данных исследованиях недостает методов, четко разграничивающих визуальное воображение и зрительное внимание. К примеру, если испытуемых попросили представить какой-либо цвет в то время, как он выполняет какую-либо связанную с восприятием цвета задачу, то они будут совершенно по-разному концентрироваться именно на воображаемом цвете. Следовательно, трудно будет разделить влияния воображения от влияния процессов, определяющих внимание. Стоит отметить, что в некоторых работах эту проблему сумели обойти разными способами, например, учитывая временные характеристики этих эффектов и их чувствительность к прекращению восприятия. Результаты таких исследований показывают, что именно воображение, а не внимание опосредует описанное выше влияние на восприятие. Кроме того, неоднократно было показано, что это влияние на перцептивные процессы прямым образом связано с сообщаемой испытуемыми силе визуального воображения. Это означает, что, возможно, эти эффекты связаны с процессом формирования визуальных образов.
Нейровизуализационные исследования также свидетельствуют о том, что воображение можно воспринимать как некую форму слабого восприятия с сопутствующим переходом активности «спереди-назад». В многочисленных исследованиях была показано схожесть активности при восприятии и при представлении в сознании какого-либо объекта (см. Доп.2). Однако несмотря на подобные находки, очевидно, что восприятие и воображение представляют из себя два совершенно разных процесса и, в некоторой степени даже противоречащих друг другу. Известно, что у здоровых людей не формируются воображаемые образы, когда происходит осознанное восприятие окружения. Однако механизмы, которыми обусловлена эта «противофаза» нам все еще предстоит выяснить.
Роль воображения в нормальном когнитивном функционировании
В последние годы вышло много работ, связывающих способность к воображению и ряд когнитивных процессов: эпизодическую и зрительную рабочую память, пространственное ориентирование, осмысление прочитанного текста, а также таких сложных процессов, как креативность и способность к моральному выбору (см. Рис.4.).
Рис.4. Графическое отображение когнитивных процессов, связанных с воображением. Когнитивные процессы в темно-синей зоне – зрительная рабочая память и эпизодическая (долговременная) память – расположен так из-за достаточного количества доказательств того, что эти процессы у здоровых людей очень тесно связаны с формированием образов в сознании. Известно, что люди с хорошим воображением используют формирующиеся у них сильные зрительные образы для лучшего запоминания и выполнения задач, связанных со зрительной рабочей памятью. Кроме того, в исследованиях долговременной памяти был сделан особый акцент на особой чувственной насыщенности воспоминаний. В светло-синей зоне показаны процессы, которые, по данным некоторых исследований, предположительно связаны с процессами воображения, хотя доказательная база этой связи существенно ниже.
Если воображение – это чувственная симуляция объектов, событий и сцен в отсутствие афферентной стимуляции от соответствующих органов чувств, то как и когда мы используем воображение в повседневной жизни?
Память и воображение
Несмотря на то, что зоны, ответственные за воображение, рабочую и долговременную автобиографическую память развиваются независимо друг от друга, имеется много сведений о том, что люди используют воображаемые образы для выполнения большинства задач, связанных со зрительной памятью.
Выполняя задания, связанные с рабочей памятью, люди, как правило, используют одну из двух основных стратегий. Первая стратегия заключается в том, чтобы в последовательности объектов для запоминания выделить самые значимые особенности и закодировать их в пропозициональной или фонологической форме. Другая стратегия заключается в создании в сознании подробной «картинки» последовательности. Соответственно представление в голове данной «картинки» и есть не что иное, как визуальное воображение. Существет множество данных как поведенческих, так и нейровизуализационных исследований о том, что люди, обладающие хорошим воображением, используют его для выполнения некоторых форм задач, связанных с рабочей памятью. Кроме того, и воображение, и визуальная рабочая память могут изменять восприятие сходным образом. Однако, скорее всего, не все люди используют визуальное воображение для решения подобных задач, так как не относящаяся к тесту визуальная информация не влияет на успешность выполнения задания у некоторых испытуемых, в отличие от людей с хорошей способностью к воображению. Это дает возможность предположить, что только люди с хорошим воображением используют его для выполнения заданий на рабочую память.
Для людей с хорошим воображением также очевидно, что формирование зрительных образов используется как в воспоминаниях, так и в размышлениях о будущем. Когда я вспоминаю свой прошлый День рождения, образы общающихся людей, сидящих за одним столом, непроизвольно возникают в моей голове. Долгое время обсуждалось, является ли воображение необходимым элементом долговременной автобиографической памяти. Однако исследовать это еще труднее, ведь к трудностям изучения воображения добавляются сложности, связанные с очень персонализированной и сложной феноменологией автобиографической памяти.
Несмотря на ограничения, накладываемые использованием в ранних исследованиях самоопросников, учёные все же предполагают, что люди с ярким воображением переживает воспоминания из своего прошлого немного по-другому, нежели чем те, у кого воображение не настолько сильное. Имеются данные, что люди с хорошем воображением сообщают больше чувственных деталей, когда вспоминают прошлые события или размышляют о своих будущих действиях. Кроме того, такие люди оценивают свои переживания как более «реальные» по сравнению с людьми со слабым воображением. Интересно, что люди, полностью не обладающие воображением (страдающие афантазией) все еще могут выполнять задачи, связанные с рабочей памятью, и имеют воспоминания о конкретных эпизодах своей жизни. Судя по всему, использование зрительных образов – это лишь одна из многих стратегий для выполнения подобных задач. В будущих исследованиях особенно важно понимать, какую именно стратегию используют испытуемые, связана ли она напрямую с воображением.
Почему для нас так важно, что воображение используется во множестве различных когнитивных процессах? Еще с первых работ по изучению воображения Galton, опубликованных в 1880-х, мы знаем, что спектр силы воображения простирается от афантазии до гиперфантазии (очень яркие, почти неотличимые от реальности образы). Следовательно, если многие когнитивные процессы используют воображение, а сила воображения варьирует в популяции, значит она будет иметь потенцирующее воздействие на эффективность решения задач. Все, что затрагивает силу формирования зрительных образов, будет иметь влияние и на рабочую и долговременную эпизодическую память, способность к осмыслению прочитанного текста, достоверность памяти о событиях, произошедших на наших глазах, моральные выборы и, возможно, даже на креативность (см. Рис.5). И это даже не говоря о категориях психического здоровья. Таким образом, нельзя в полной мере понять эти когнитивные процессы без учета особенностей и индивидуальных различий в воображении, то есть, в способности к созданию в сознании чувственных образов. Соответственно, понимание и количественная оценка способностью к воображению может поможет раскрыть загадки многих когнитивных процессов.
Психические и неврологические заболевания
Формирование зрительных образов играет важнейшую роль при многих психопатологических состояниях, особенно учитывая вполне предсказуемые данные исследований, показавшие, что визуальные образы вызывают гораздо больше эмоций, чем вербализованные мысли. Навязчивые, аффективно-заряженные воображаемые образы часто вызывают дистресс у пациентов, страдающих различными аффективными расстройствами. К примеру, постоянные мысли и «проигрывания в голове» различных тревожных ситуаций практически всегда встречается у пациентов с тревожными расстройствами. Пациенты, страдающие депрессией, испытывают трудности в формировании каких-либо позитивных образов, а представление в мыслях собственного самоубийства и способов его совершения доказано увеличивает суицидальный риск. У пациентов с биполярным расстройством могут возникать спонтанные нааязчивые вспышки образов, «флешфорварды» о будущем самоубийстве. Непроизвольные навязчивые чувственные образы являются одним из ключевых компонентов тяги к объекту зависимости у пациентов, страдающих соответствующими расстройствами. Они также являются ключевым компонентом ПТСР. Ощущение реальности этих навязчивых «флешбеков» и то, насколько сильно они кажутся происходящими в настоящее время, определяет, насколько легко эти «флешбеки» возникают и, соответственно, тяжесть течения и прогноз для пациентов с ПТСР. Кроме того, даже воображение, не связанное с формированием травматических образов, ассоциировано с тяжестью симптоматики ПТСР. Было установлено, что у пациентов с более сильным воображением чаще возникают «флешбеки». В одном исследовании было установлено, что, если после показа испытуемому травмирующих изображений, разрушить сформированную после их просмотра зрительно-пространственную схематику путем игры в тетрис, последующие навязчивые травмирующие образы будут значительно меньшей интенсивности. Была выдвинута гипотеза, что игра в тетрис занимает зоны визуального восприятия (в которых и формируется так называемая зрительно-пространственная схематика), а это, в свою очередь нарушает возможность «проигрывания заново» события во время фазы консолидации памяти.
В тестах с использованием бинокулярной конкуренции, было показано, что усиленное чувственное воображение ассоциировано с шизофренией и с болезнью Паркинсона. Некоторые исследователи даже предположили, что яркое воображение само по себе может являться предрасполагающим фактором для шизофрении. Как уже упоминалось ранее, представляется интересным тот факт, что и в здоровой популяции, и у больных шизофренией, меньший размер V1 ассоциирован с более сильным воображением. У пациентов, страдающих болезнью Паркинсона, сила воображаемых образов прямым образом связана с тяжестью развивающихся зрительных галлюцинаций.
Зрительное воображение не только оценивается исследователями при изучении психопатологической картины различных заболеваний, оно также играет важную роль в доказавших свою эффективность методах психологической интервенции. Например, когнитивно-поведенческая терапия часто включает в себя «воображаемое столкновение» с объектом страха или тревожной ситуацией, пока не снизится уровень тревожности. Также иногда применяется метод «переписывания» в воображении некоей тревожной ситуации, представляя более позитивный ее исход. Такой подход может облегчить состояние некоторых пациентов при ПТСР, социальных и иных фобиях и при других психологических нарушениях.
Вместе с увеличением числа полученных данных, свидетельствующих о большем эмоциональном отклике на визуальные воображаемые образы, растет понимание воображения как с точки зрения психопатологической симптоматики, так и с позиций разработки стратегий психологических интервенций. Клинической науке необходимо как можно скорее использовать данные фундаментальных исследований для разработки возможных новых терапевтических вмешательств, основанных на использовании воображения пациента.
Экстремальные различия в визуальном воображении
Со времен основополагающих работ Galton XIX-го века, идея о том, что существуют людей, полностью неспособные к воображению, долгое время игнорировалась большинством исследователей. Первоначально, отталкиваясь только от сообщений самих испытуемых, казалось, что существует довольно маленькая прослойка относительно здоровых во всех остальных аспектах людей, у которых в сознании не формируется никакой чувственные образ при всех попытках представить себе что-либо. Другими словами, их сознание было абсолютно слепо – как бы оно ни старалось, оно было просто неспособность произвольно формировать какие-либо визуальные образы. Подобный феномен лишь недавно получил свой термин – «афантазия». С появлением новых, более объективных методик, например, тестов биокулярной конкуренции, было показано, что у таких людей, помимо нулевых результатов по самоопросникам, баллы объективных тестов воображения также были значительно ниже. Другими словами, чувственная сила их воображения сама по себе очень низкая, и афантазия представляет себя нечто большее, чем просто нарушение метакогнитивных операций с визуальными образами.
Интересно, что, хотя практически у всех испытуемых с афантазией результаты тестов, оценивающих яркость образов и другие аспекты, касающиеся их содержания, были значительно ниже, результаты исследования пространственного воображения у таких людей были, наоборот, выше. Исходя из этого можно предположить, что хотя и «что» воображения, ассоциированное с вентральным потоком обработки зрительной информации, и теряется, «где» воображения, ассоциированное с дорсальными зонами, может быть не нарушено. Таким образом, афантазия может быть распределена по классической системе «что и где» обработки зрительной информации. Соответсвено, нарушения в активности зон мозга, ответственны за обработку пространственных характеристик, в том числе, гиппокампа, могут и не являться причиной афантазии. Еще в одной из относительно недавних работ было показано, что люди с афантазией способны к решению только легких и средних по сложности задач, требующих визуальную рабочую память, но не тяжелых. В литературе также сообщалось о клиническом случае двух людей с афантазией, имевших крайне низкие баллы в тестах, оценивающих насколько сильно «переживаются» воспоминания о прошлых эпизодах из жизни, но вместе с тем сообщавших о том, что эти эпизоды или сцены из воспоминаний они все же могут до определенной степени переживать. Многие люди с афантазией также описывают воображаемые зрительные образы во время снов, из чего можно сделать вывод о том, что у таких людей механизмы, ответственные за непроизвольное воображения, могут быть сохранены.
Хотя тема афантазии вызывает ажиотаж в популярных СМИ, научное изучение данного феномена только начинается. Пожалуй, самым острым вопросом, касающимся афантазии, является следующий: является ли это состояние лишь одним из концов спектра, либо это отдельная обособленная категория, отличная от просто очень слабого воображения. Ответить на этот вопрос исследователям еще только предстоит.
Тот факт, что люди с афантазией все еще могут в достаточной мере выполнять повседневные рабочие задачи, для решения которых люди с сохранным воображением использует его, говорит о том, что у людей с афантазией для их решения просто подключаются иные механизмы. В настоящий момент не до конца понятно, какие же вспомогательные механизмы они используют, чтобы усилить рабочую память. Неизвестно, используют ли такие люди слова для семантичекого кодирования или используют какой-либо иной формат символов. Однако с уверенностью можно сказать, что для выполнения таких когнитивных задач будт использоваться иные нейробиологические механизмы.
Таким образом, воображение является, хоть и важным, но отнюдь не необходимым инструментом для нормального когнитивного функционирования. А это, в свою очередь, может натолкнуть нас на интересные размышления о воображении как когнитивном инструменте и его эволюционной роли.
Гиперфантазия или эйдетическое воображение
Гиперфантазия, или, как ее раньше называли, эйдетическое воображение, расположено на противоположном конце спектра и представляет собой способность к формированию чрезвычайно ярких и сильных визуальных образов. В XX-ом век тема эйдетического воображения получила немалое внимание, а само оно описывалось как очень детализированные, почти фотореалистиченые образы объектов, сохраняющиеся в течение определенного времени после восприятия этого объекта, иногда до нескольких недель. Эйдетическое воображение, как и афантазия, наблюдается у очень небольшой прослойки популяции, преимущественно у детей с частотой, по разным данным, 0-11%. В отличие от последовательного образа (под этим термином понимают зрительное ощущение, остающееся сразу после прекращения действия раздражителя), эйдетические образы сохраняются во время движений глаз, воспринимаются в позитивных цветах, проецируются во внешнее пространство (во многом схоже с синестезией), а люди часто описывают их с использованием настоящего, а не прошедшего времени.
Эйдетическое воображение оценивалось при помощи целого ряда методик, от словесных описаний до более объективных методик с использованием стереограмм со случайно расположенными точками, то есть, изображений с сотнями случайно расположенных точек, где те, что расположены ближе к центру сдвинуты так, что при одновременном показе для каждого глаза подобного изображения, формируется эффект перспективы. Однако это ощущение глубины изображения сохраняется у людей с эдетическим воображением, даже если одно изображение было показано спустя сутки после другого. Это достигается благодаря тому, что с воспринимаемым в настоящий момент вторым изображение сопоставляется чрезвычайно подробный образ первого изображения. К сожалению, на настоящий момент еще не были проведены психофизиологические или нейровизуализационные исследования эйдетического воображения, мы до сих пор пока не можем предположить возможные механизмы его развития и почему этот феномен чаще встречается у детей.
Будущее исследований воображения
Теперь, когда дебаты об образности окончены и мы имеем множество современных объективных методов изучения воображения, на чем же должно сфокусироваться основное внимание исследователей?
Визуальное восприятие – это очень комплексный феномен. Оно включает в себя механизмы как прямой, так и обратной связи, действующие совместно и тесно переплетенные между собой. Поэтому довольно сложно отделить друг от друга эффекты механизмов «сзади-наперед» и «спереди-назад». Произвольное зрительное воображение, вероятно, является единственной чистой формой чувственного отображения, возникающее исключительно благодаря тем самым механизмам обратной связи и может возникать в отсутствие каких-либо входящих сенсорных стимулов. Следовательно, оно представляется неким окном, через которое мы можем заглянуть и увидеть динамику сигналов обратной связи в мозге и понять сложную природу зрительного восприятия – важного шага для понимания механизмов, лежащих в основе сенсорного восприятия в целом. Так как восприятие невозможно понять без учета механизмов обратной связи, визуальное изображение может являться своего рода ключом дял понимания процессов нормального зрительного восприятия. Интересно будет посмотреть, как исследования воображения повлияют на изучение зрительного восприятия.
В понимании процессов воображения все еще много белых пятен: почему воображаемые образы крайне редко бывают такими же яркими и сильными, как при реальном восприятии; каковы причины афантазии и столь широкого разбора в силе воображения в популяции; можно ли создать некий протокол, позволяющий развивать силу воображения; действительно ли воображение индуцирует активность в зрительной коре, или же оно просто модулирует ее активность; могут ли произвольные и непроизвольные образы существовать бессознательно? Так как новые методы изучения воображения только-только стали доступны, захватывает дух от того, какие новые исследования мы сможем провести и какие поразительные находки нас еще ожидают.
Автор перевода: Кибитов А.А.
Оригинальная статья: Pearson J. The human imagination: the cognitive neuroscience of visual mental imagery. Nat Rev Neurosci. 2019 Oct;20(10):624-634. doi: 10.1038/s41583-019-0202-9.
Доп. 1 Дебаты об образности.
С начала 1970-х годов до 2000-х спор о природе формирования образов в сознании определял направление изучения визуального воображения. Основным предметом этой дискуссии было то, в каком формате мозг «записывает в себя» информацию. Одна сторона считала, что информация о визуальных объектах сохраняется в некоем символическом формате, возможно, даже в виде чего-то, напоминающего язык. Другая же сторона считала, что эта информация может сохраняться посредством множества различных путей, в том числе, и как цельные изображения. Соответственно дискуссия была сфокусирована на двух вариантах отображения зрительных образов: пропозициональном и депиктивным. Пропозициональный вариант предполагает использование чего-то, напоминающего описания в нашем языке, неких нейрофизиологических «слов», «читая» которые наш мозг формирует образ. Депиктивный же формат, иногда называемый еще иллюстративным, предполагает, что образы формируются как некие плоскостные изображения, привязанные к двумерной системе координат (XY).
До 80-х годов различные исследования, проведенные в рамках различных поведенческих парадигм, дали некие результаты, что визуальные образы отображаются в депиктивном формате, тем не менее сторонники других позиций могли интерпретировать эти данные и в пользу своих концепций. В 90-е, с появлением методов функциональной нейровизуализации, ученые сконцентрировались на определении посредством фМРТ или ПЭТ активности первичной зрительной коры во время формирования зрительных образов, исходя из того, что именно первичная зрительная кора должна быть ответственна за формирование депиктивных зрительных образов.
В 2015 г. Pearson и Kosslyn заявили, что с «дебатами об образности» покончено, так как к этому времени имеется огромное количество доказательств того, что зрительные образы формируются именно по депиктивному принципу, хотя и с использованием некоторой доли семантической информации. Имеются наглядные данные, демонстрирующие, что формирование образов связано с локальным возбуждением в ретинотопических зрительных зонах и зонах, ответственных за пространственную ориентировку.
Доп. 2 Новые техники исследования воображения
Подобно галлюцинациям или снам, способность к воображению довольно трудно оценить из-за недостаточного количества надежных инструментов его оценки. Еще с самых первых исследований воображения, проводимых Galton в XIX веке, и до недавнего времени самоопросники являлись золотым стандартом в исследованиях воображения. Тем не менее, в последние годы появилось множество новых и гораздо более объективных исследовательских инструментов.
В 2008 мы опубликовали первую работу, посвященную тому, как для исследования визуального воображения можно использовать зрительную иллюзию, называемую бинокулярной конкуренцией (под этим понятием понимают феномен зрительного восприятия, возникающий при предъявлении различных изображений правому и левому глазу, при чем испытуемый видит не смесь двух изображений, а поочередно то одно, то другое). Данная техника предполагает, что человек представляет себе некий цветной объект перед началом теста. Содержание этого предварительного воображаемого образа прямо влияет на то, восприятие какого именно из двух объектов в тесте бинокулярной конкуренции будет преобладать. Соответственно, сила этого влияния прямо отражает силу и яркость формирующихся в сознании зрительных образов, что неоднократно было подтверждено в исследованиях. Стоит также отметить, что этот эффект сохраняется, даже если период воображения и показом бинокулярно конкурентных изображений был перерыв, в ходе которых предлагалось решить некие когнитивные задачи. Данный тест можно сделать еще более объективным, отказавшись от учета субъективных сообщений испытуемых и используя вместо этого особый тест, в котором изображения построены таким образом, что объект (движение точек, цвета или сложные фигуры) на экране фиксируется распознается испытуемым только тогда, когда оно подходит под паттерн, воспринимаемый доминантным глазом. Используя эту технику, мы не только получили возможность более объективной оценки силы визуального воображения, но и смогли также оценивать по-отдельности различные его аспекты (движение, цвета и т.д.), используя лишь одну количественную переменную. Кроме того, по такому же принципу мы даже можем сравнивать воображение и синестезию.
Последние фМРТ-исследования наглядно показали, что содержание визуального воображения в данный момент можно объективно изучить при помощи методов нейровизуализации. Можно определить, представляет ли себе испытуемый какой-либо объект, основываясь на данных об активности мозга испытуемого при непосредственном наблюдении за этим объектом, так как паттерны активности в обоих случаях будут до определенной степени сходны. Собрав совокупность данных об активности мозга во время наблюдения за разными классами объектов и использовав их для обучения алгоритмов анализа данных фМРТ, мы теперь можем практически в реальном времени оценивать, о каком классе объектов в данный момент думает испытуемый.