Названа неврологическая причина расширения зрачков при неожиданном появлении

Фото из открытых источников

Когда вы входите в темную комнату, ваши зрачки быстро расширяются, пропуская больше света, что помогает вам видеть. В более светлых условиях они соответственно сужаются. Этот рефлекс хорошо известен, но расширение зрачков может происходить и по другим, менее очевидным причинам.

Например, когда мы испытываем удивление, наши зрачки могут расширяться, как будто нас внезапно окутывает темнота, — это часть кратковременной реакции возбуждения, функция и поведенческие эффекты которой остаются малоизученными.

В новом исследовании ученые пролили свет на связь между удивлением и размером зрачков, обнаружив доказательства того, что расширенные зрачки — и более широкая реакция возбуждения, которую они обозначают, — могут играть ключевую роль в нашей реакции на неожиданные события. Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature Human Behaviour.

После неожиданного события мозг, по-видимому, переходит в режим «обновления», и одним из наиболее очевидных признаков этого является расширение зрачков, объясняет соавтор исследования Мэтт Нассар из Брауновского университета.

«Расширение зрачков сигнализирует о резком повышении уровня возбуждения, и наши результаты подтверждают идею о том, что эти быстрые колебания уровня возбуждения оказывают полезное воздействие на мозг», — говорит Нассар. «Они позволяют нам справляться с миром, который часто меняется от одного контекста к другому».

Исследования показали, что расширение зрачка — процесс гораздо сложнее, чем кажется, и потенциально отражает множество внутренних особенностей, выходящих за рамки широко известной связи с внешним освещением.

Зрачки могут расширяться в ответ на когнитивное усилие, физическую нагрузку или эмоциональное возбуждение, например, или из-за приема определенных лекарств. Их размер также может дать подсказки о том, что вы себе представляете или какие воспоминания просматриваете во сне.

Зрачки также регулярно меняют свой размер в соответствии с дыханием, обычно расширяясь при выдохе и сужаясь в начале вдоха.

Колебания уровня возбуждения после неожиданного события частично опосредуются голубым ядром (locus coeruleus), небольшим скоплением нейронов в стволе головного мозга.

Эта структура является нашим основным источником норадреналина, нейромедиатора и гормона, участвующего в реакции «бей или беги».

Голубое ядро часто активизируется после неожиданного события, демонстрируя повышенную активность, которая коррелирует с изменением размера зрачков и с определенными мозговыми волнами, обнаруживаемыми с помощью электроэнцефалографии (ЭЭГ).

Как отмечает Нассар, ранее исследования выявили всплески уровня норадреналина и других маркеров возбуждения после неожиданных событий, однако до сих пор неясно, какую функцию они выполняют и как могут влиять на поведение.

Для проведения исследования Нассар и его коллеги привлекли 63 здоровых взрослых участника для эксперимента, в котором им предстояло делать прогнозы относительно цветных стимулов на экране.

На экранах участникам показывали серию цветных фрагментов, и сначала их просили просто вспомнить, какие цвета они только что видели. Затем они переходили к прогнозированию того, какие цвета появятся на следующем изображении, основываясь на закономерностях, которые они усвоили из предыдущих изображений. 

В ходе выполнения задания исследователями собирались физиологические данные, включая сигналы ЭЭГ и изменения диаметра зрачка, чтобы изучить реакцию мозга на неожиданный поворот событий.

«Мы хотели зафиксировать феномен, связанный с двумя основными идеями о том, как система возбуждения влияет на поведение», — говорит соавтор Харрисон Марбл, научный сотрудник и руководитель в лаборатории Нассара. «Одно из них связано с обучением, а другое — с искажением восприятия».

Исследование показало, что когда на экранах отображались неожиданные цвета, противоречащие прогнозам, у участников действительно наблюдалось расширение зрачков, а также увеличение специфических мозговых волн, связанных с кратковременным возбуждением и активацией голубого ядра/системы норадреналина.

Те, кто испытал подобную реакцию, по-видимому, получили пользу, продемонстрировав соответствующие условиям адаптации к обучению и снижение предвзятости восприятия.

Участники становились все более предвзятыми по мере того, как изображения соответствовали их прогнозам, но, по-видимому, появление неожиданного изображения вывело их из этого состояния. Данные о зрачках и мозговых волнах свидетельствуют о том, что они учились на неожиданностях и использовали это для формирования будущих прогнозов.

Это может действовать как своего рода механизм обновления для мозга, помогая нам избавиться от устаревших ожиданий и подготавливая нас к усвоению новых.

«Мозг сохраняет определенный ментальный контекст, а затем, когда он понимает, что вы оказались в новой ситуации, вы заменяете этот контекст. Изменения диаметра зрачка, а также определенные показания ЭЭГ являются внешними маркерами работы мозга, которые показывают, что он загружает этот новый контекст», — говорит Нассар. «Это позволяет ограничить влияние предыдущего контекста на восприятие, а также создать чистый лист, не обремененный прежними ожиданиями, что способствует более быстрому обучению».