Прогнозування відіграє вирішальну роль у сприйнятті

Ідея про те, що мозок — це машина для передбачень, з’явилася порівняно недавно. До неї було широко поширене переконання, що сенсорна інформація обробляється переважно за принципом зворотного зв’язку, надходить від наших органів чуття і спрямовується в мозок. Ця ідея походить від Декарта, який уявляв сприйняття як складне відкриття та закриття мережі внутрішніх труб, що закарбовують образ світу на органах чуття.

Комп’ютерна модель зору Девіда Марра, що справила великий вплив на нейронауку, штучний інтелект і філософію, підтримує цю точку зору. В уявленні Марра обробка зорового сигналу починається з виявлення основних його компонентів, а потім багаторівневе опрацювання призводить до складнішого сприйняття. Однак у моделі Марра не враховується зворотний напрямок впливу — з глибини мозку вниз до очей та інших органів чуття. Кількість цих зворотних зв’язків значно перевищує кількість зв’язків, що передають сигнали вперед.

Мозок — ресурсомісткий орган, його маса становить лише 2 % маси тіла, але на нього припадає приблизно 20 % загального споживання енергії організмом. Значна частина цих витрат спрямована на створення і підтримання величезної мережі низхідних (і бічних) зв’язків, що охоплюють весь мозок. Їхнє призначення залишалося загадкою, але завдяки новому розумінню мозку як машини для передбачень учені змогли їх пояснити.

Основний принцип роботи мозку не схожий на роботу камери, яка фіксує та обробляє вхідні сенсорні сигнали. Мозок постійно вчиться та підтримує модель тіла і світу. Ця модель використовується для прогнозування сенсорних сигналів, що надходять, і структурування всього, що ми бачимо, чуємо, відчуваємо на дотик і відчуваємо. Прогностичний мозок — це постійно працююча симуляція навколишнього світу й нас самих, яка використовує сенсорну інформацію для уточнення моделі. Наше сприйняття — це «керована галюцинація». Весь людський досвід будується на основі цього процесу передбачення світу. Це пояснює наявність у мозку величезної мережі низхідних зв’язків, які передають передбачення з глибини мозку на сенсорну периферію. Попри високі енергетичні витрати, ця модель приносить багато користі й робить нас більш гнучкими в адаптації. Мозок — не пасивний отримувач сенсорної інформації, а невтомний провісник і активний дослідник сенсорних потоків.

Передбачення можуть змінити те, що ми бачимо й чуємо. Так, один і той самий знак ми можемо сприймати як число 13 або літеру В залежно від того, оточений він цифрами чи літерами. Інший приклад — так зване зображення Муні. На перший погляд, воно виглядає як кілька контурів і чорно-білих плям. Однак якщо показати оригінальне зображення в градаціях сірого — фотографію далматинця, а потім знову звернутися до зображення Муні, то враження кардинально змінюються — зображення Муні здається структурованим і зрозумілим. Що кращі наші передбачення, то ясніше наше сприйняття.

У 2001 році дослідники з Маастрихтського університету провели експеримент, у якому попросили студентів визначити пісню «White Christmas» Бінга Кросбі в трихвилинному звуковому файлі білого шуму. Студентів попросили натиснути кнопку, якщо вони вважали, що чують цю пісню. Попри те що насправді пісні на записі не було, близько третини студентів натиснули на кнопку хоча б один раз, що свідчило про те, що вони відчули слухову галюцинацію. Очікування почути пісню відігравали провідну роль у виникненні ілюзорного досвіду.

У лютому 2015 року весь світ облетіла інтернет-сенсація — фотографія сукні, яка одним здавалася золотисто-білою, а іншим — синьо-чорною. Мозок різних людей зробив різні припущення про освітлення в кімнаті, про рівень яскравості та розташування джерела світла. Різні початкові припущення пояснюють, чому різні люди побачили різні кольори. Дослідження, проведене Паскалем Валлішем у Нью-Йоркському університеті, підтвердило, що ці припущення пов’язані з тим, як люди бачать сукню: ті, хто припускав природне освітлення, бачили сукню біло-золотою, а ті, хто вважав освітлення штучним, бачили її синьо-чорною. Дослідження також показало, що добові профілі людей — «жайворонки» або «сови» — корелювали з тим, як вони сприймали сукню. Жайворонки були схильні бачити сукню біло-золотою, а сови — синьо-чорною. Це дослідження показує, як наш досвід формує прогностичні моделі нашого мозку та впливає на наше сприйняття навіть на рівні базових сенсорних відчуттів, таких як сприйняття кольору. Воно також показує, що уявлення про світ різних людей можуть значно відрізнятися.

Наш досвід формується внаслідок постійних спроб мозку передбачати, і це змінює наші уявлення про розум, роботу органів почуттів, тілесні відчуття, медичні симптоми й навіть про контакт із реальністю.

Очікування мають глибокий вплив на сприйняття болю

Автор наводить як приклад робітника, який зістрибує з будівельного риштування та відчуває нестерпний біль у нозі, хоча цвях, який проткнув його черевик, насправді його не поранив. Біль був спричинений тим, що його мозок зробив хибне передбачення, що ґрунтується на візуальному сприйнятті.

Люди можуть відчувати справжній біль, попри відсутність фізіологічної причини. Це відбувається через предиктивну обробку мозку, який об’єднує попередні знання, очікування та сенсорні дані.

До 10 % світового населення відчуває хронічний біль, що є серйозним тягарем для систем охорони здоров’я та світової економіки. Заведено вважати, що біль ділиться на дві категорії: ноцицептивний (спричинений ушкодженням тканин) та невропатичний (спричинений захворюванням або ушкодженням сенсорних систем, які відповідають за відчуття болю). Однак у 2016 році було додано третю категорію — «ноципластичний» — це біль, що виникає внаслідок аномальної обробки больових сигналів без будь-яких явних ознак пошкодження тканин або іншої патології. Дослідження показують, що усвідомлені та неусвідомлені очікування можуть значно впливати на відчуття болю. Мозок не пасивно чекає, поки інформація про біль надійде по нервах; він активно прогнозує надходження та інтенсивність інформації про біль та оцінює надійність власних прогнозів, регулюючи переживання болю. Цей процес забезпечує гнучкість людського досвіду. Наприклад, словесні маніпуляції, такі як опис стоматологом процедури як «ніжного лоскоту», можуть змінити те, як ми відчуваємо біль, але ефект залежить від рівня нашої довіри до слів лікаря.

Ефект плацебо, коли полегшення симптомів досягається без клінічно активних інгредієнтів, змінює реакції на рівні спинного мозку, що вказує на те, що це не просто поверхневий ефект. Плацебо-аналгезія є яскравим прикладом того, як інертний засіб може викликати полегшення болю, активуючи свідомі або несвідомі очікування полегшення. Що вища оцінка пацієнтом сили втручання, то сильніший вплив. Є і зворотний ефект — ноцебо, коли очікування та прогнози спричиняють небажані симптоми. Це може створити самопідтверджувальний цикл, коли попередження про потенційні побічні ефекти можуть збільшити їхню частоту й посилити очікування небажаних наслідків.

Гіпотеза прогностичного мозку набуває дедалі більшого значення в обчислювальній психіатрії — новій галузі, яка вивчає способи обробки мозком інформації, а не тільки фокусується на діагностиці та лікуванні на основі симптомів. Особливо складними з погляду діагностики та лікування є функціональні неврологічні розлади (ФНР) — стани, які спричиняють такі порушення, як сліпота, глухота, біль, втома, слабкість, аномальна хода, тремор і судоми. Ці порушення можуть бути спричинені стресом або травмою, навіть якщо організм повністю відновився після них. ФНР є другою за частотою причиною звернення до невролога після головного болю.