Czy zastanawiałeś się kiedyś, jak naprawdę widzą zwierzęta? Problem w tym, że mózg to nie prosta kamera, a skomplikowany filtr, który tworzy własną wersję rzeczywistości, przez co nigdy nie wiedzieliśmy, co dzieje się „w środku”. Dzięki przełomowemu badaniu naukowców z University College London (UCL) udało się w końcu przełamać tę barierę – badacze nauczyli się rekonstruować obrazy bezpośrednio z aktywności neuronów, dając nam możliwość zobaczenia świata oczami myszy w czasie rzeczywistym.
Właściwie to coś więcej niż technologiczny popis. Badanie opublikowane w czasopiśmie eLife ma na celu zrozumienie, jak system wizualny mózgu przetwarza i przekształca informacje. Naukowcy zdołali odtworzyć filmy oglądane przez gryzonie, opierając się wyłącznie na aktywności elektrycznej ich neuronów.
Technika ta polega na monitorowaniu pojedynczych komórek nerwowych w korze wzrokowej – regionie odpowiedzialnym za przetwarzanie obrazu. Dane te są następnie analizowane przez algorytm, który potrafi wygenerować ruchomy obraz, klatka po klatce.
Odczytywanie neuronów u gryzoni
Punktem wyjścia był model dynamicznego kodowania neuronalnego. System ten został przeszkolony, aby przewidywać, które neurony aktywują się, gdy zwierzę widzi konkretny obraz. Co ciekawe, model bierze pod uwagę nie tylko to, co jest przed oczami myszy, ale też jej zachowanie, prędkość ruchu, pozycję, a nawet średnicę źrenicy.
Zespół z UCL udoskonalił tę metodę, trenując aż siedem wersji modelu, używając pustego, szarego ekranu jako punktu odniesienia. Zastosowano tu logikę odejmowania: obliczając różnicę między aktywnością neuronów przy braku bodźca a aktywnością podczas oglądania filmu, badacze wyizolowali czysty sygnał wizualny. Algorytm następnie aktualizuje obraz piksel po pikselu, aż do uzyskania wiernego odwzorowania tego, co widziało zwierzę.
W teście pięć myszy obejrzało 10-sekundowy film, którego model nigdy wcześniej nie analizował. Wynik? Aktywność neuronalna wystarczyła, by zrekonstruować nagranie z niespotykaną dotąd jakością. Korelacja między oryginałem a rekonstrukcją wyniosła 0,569, co jest ogromnym skokiem w porównaniu do poprzednich wyników na poziomie 0,301.
Co mózg naprawdę „widzi”
Szczerze mówiąc, to badanie udowadnia coś fascynującego: nasza reprezentacja mentalna świata nie jest jego wierną kopią. Jest interpretowana, filtrowana i modyfikowana przez sam proces percepcji. Joel Bauer, neurobiolog z UCL, podkreśla, że nie mamy w głowach idealnego odwzorowania rzeczywistości.
„Przetwarzanie wizualne zniekształca informacje w taki sposób, że zmienia ich reprezentację” – tłumaczy Bauer. Ta rozbieżność między rzeczywistością a tym, co widzi mózg, nie jest błędem, ale cechą, która pozwala nam interpretować i rozszerzać dane sensoryczne. Naukowcy zauważyli, że rekonstrukcje były najbardziej precyzyjne pod względem czasu (momentu zmian pikseli), podczas gdy rozdzielczość przestrzenna wciąż wymaga dopracowania w przyszłych badaniach.
Rozszyfrowanie tajemnic mózgu
To badanie to kolejny krok w stronę tłumaczenia sygnałów mózgowych na zrozumiałe treści. Wcześniej próbowano już używać EEG do zamiany myśli na tekst czy funkcjonalnego rezonansu magnetycznego (fMRI) do odczytywania narracji z podcastów, których słuchali ochotnicy.
Kluczowa różnica polega jednak na tym, że nowa metoda z UCL wykorzystuje zapisy z pojedynczych neuronów. To znacznie wyższa rozdzielczość niż w przypadku EEG czy fMRI. Pozwala to na precyzyjne mapowanie, które konkretne komórki reagują na dane bodźce, co drastycznie zwiększa dokładność odczytu. Po prostu, dzięki temu jesteśmy coraz bliżej pełnego zrozumienia tego, jak powstaje świadomy obraz świata w naszych głowach. Koniecznie zapisz ten przewodnik na później.
