Закройте глаза и вспомните яблоко. Если видите только черный фон, у нейробиологов для вас плохие новости

Мозг тратит огромную долю энергии тела, но почти не на чтение, разговоры или попытки сосредоточиться. Даже когда человек внимательно смотрит на экран, сидит в кресле или закрывает глаза, расход энергии меняется совсем немного, возможно, всего на один процент. Остальные ресурсы уходят на внутреннюю работу нервной системы: нейроны непрерывно обмениваются сигналами, создают фоновые узоры активности и поддерживают мозг в состоянии постоянного движения.

Новая научная работа предлагает необычное объяснение того, как из этой фоновой активности рождаются зрительные образы. Исследователи считают, что воображение не рисует картинку с нуля и не просто запускает зрение в обратную сторону. Мозг скорее редактирует уже идущий поток сигналов: приглушает лишние нейроны, удерживает нужные фрагменты и позволяет образу проявиться из внутреннего шума.

Обычно зрение описывают как цепочку обработки сигнала. Свет попадает в глаза, вызывает нервные импульсы, а затем информация проходит через несколько зрительных областей. Ранние зоны выделяют простые признаки: края, линии, контрасты. Следующие участки соединяют эти элементы в формы. Более высокие уровни распознают предметы, лица и сцены. Так мозг превращает поток света в понятный образ: собаку, знакомого человека, комнату или улицу.

Нейробиологи называют этот путь прямой передачей сигнала. Информация поднимается от простых признаков к сложным образам, пока мозг не связывает зрительный поток с конкретным объектом. Долгое время воображение объясняли обратным движением по той же лестнице. Человек вспоминает лицо друга, имя или связанную с ним идею, а затем сигнал спускается в зрительные области, где мозг будто собирает лицо из деталей: линии подбородка, формы глаз, оттенков и других признаков.

Нисходящие сигналы называют обратной связью. На бумаге модель кажется логичной: зрение собирает образ снизу вверх, а воображение будто запускает тот же механизм сверху вниз. Но данные экспериментов показывают более тонкую картину. Обратная связь не заставляет ранние зрительные нейроны работать так же, как при реальном взгляде на предмет. Нейроны не получают полноценную команду нарисовать картинку. Сигнал скорее меняет уже существующую активность: где-то усиливает, где-то подавляет, где-то удерживает нужный рисунок.

Даже при закрытых глазах зрительная кора не отдыхает. В ранних зрительных областях постоянно возникают меняющиеся паттерны, похожие на те, которые мозг использует при обработке настоящих изображений. В этом внутреннем движении уже мелькают фрагменты знакомых лиц, предметов и сцен. Но разрозненные детали не складываются в осознанную картинку сами по себе, потому что поток слишком быстро меняется и уносит отдельные элементы.

Воображению не нужно строить лицо знакомого человека из пустоты. Материал уже присутствует в фоновой активности зрительных зон. Отдельные черты, контуры и куски образа как будто проходят через систему на малой громкости, не привлекая внимания. Когда человек пытается представить конкретное лицо, мозг не добавляет всю картинку поверх шума, а удерживает нужные части и гасит сигналы, которые мешают деталям собраться вместе.

Достаточно точечно подавить нейроны, которые тянут активность в другую сторону, и нужный образ начинает проступать яснее. Важен не только запуск активности, но и торможение. Воображение может зависеть от сигналов, которые мозг убирает, не меньше, чем от импульсов, которые система усиливает.

Эксперименты на животных показывают, насколько малым может быть вмешательство в работу мозга. У мышей искусственная активация всего 14 нейронов в сенсорной области уже меняла поведение: животное замечало стимул и облизывало носик с сахарной водой. Человеческое воображение устроено сложнее, и учёные пока не знают, сколько нейронов нужно, чтобы направить внутреннюю активность к осознанному образу. Но сам принцип важен: крошечное изменение в нейронной системе способно повлиять на восприятие и действие.

Роль подавления подтверждают и более ранние работы авторов. Исследователи сравнивали, какие следы воображение оставляет в поведении человека, когда участники мысленно представляли зрительные образы. Полученные данные лучше совпадали не с усилением активности нейронов, а с её приглушением. Похожие результаты позже получили другие группы. Поэтому новая гипотеза описывает мысленный образ не как вспышку дополнительного возбуждения, а как точную настройку фонового сигнала, который уже идёт в зрительной системе.

Различия между людьми тоже укладываются в эту модель. Примерно один человек из ста живёт с афантазией: он не может создавать зрительные образы в уме. На другом конце находится гиперфантазия, при которой внутренние картинки по яркости приближаются к реальному зрению. Исследования показывают, что у людей со слабым мысленным зрением ранние зрительные области более возбудимы: нейроны легче запускаются сами по себе и создают более шумный фон.

Такую систему труднее удержать в нужной форме. Если спонтанная активность слишком подвижна и легко уходит в сторону, мозгу сложнее вырезать из неё устойчивое лицо, предмет или сцену. У людей с ярким воображением, вероятно, зрительная система лучше удерживает нужный паттерн и эффективнее приглушает лишние сигналы.

Новая гипотеза объясняет, почему воображаемые картинки обычно слабее настоящего зрения. Внешний свет даёт мозгу сильный, регулярный и устойчивый поток данных. Мысленный образ работает с внутренними колебаниями, которые уже есть в зрительной системе, но не обладают такой же силой и стабильностью. Поэтому человек почти всегда понимает разницу между реальным изображением и картинкой в голове.

Воображение в этой модели похоже не на проектор, а на редактора зрительного шума. Мозг непрерывно производит фрагменты возможных образов, а затем с помощью обратной связи выбирает нужные части, гасит конкурирующие сигналы и на короткое время удерживает форму. Поэтому знакомое лицо можно увидеть с закрытыми глазами, хотя никакой свет в этот момент не попадает на сетчатку.