Внезапные происшествия вызывают кратковременное увеличение размера зрачков. Традиционно это рассматривается как естественная реакция на изумление или повышенную концентрацию внимания. Тем не менее, свежие научные данные указывают на то, что этот феномен может быть связан с более сложным механизмом: в такие моменты происходит перенастройка нейронных сетей, формирующих наше восприятие реальности.

Специалисты по изучению мозга из Брауновского университета (Соединенные Штаты Америки) исследовали влияние кратковременных скачков активности нервной системы, возникающих при столкновении с неожиданными ситуациями. Ранее такие проявления связывали с расширением зрачковой щели, компонентом P300 на электроэнцефалограмме и активностью голубого пятна – небольшой области мозга в стволе головного мозга, отвечающей за выработку норадреналина. Долгое время оставалось неясным, какую роль играют эти сигналы.

Ученые выдвинули предположение о том, что подобные всплески активности способствуют переключению между различными внутренними состояниями – своеобразными шаблонами контекста, которые позволяют человеку осмысливать происходящее и делать выбор. Если окружающая обстановка претерпела изменения, то старый шаблон должен быть оперативно заменен новым. Это позволяет предотвратить ситуации, когда новые события неправильно интерпретируются на основе устаревших представлений.

Для подтверждения этой гипотезы была организована серия экспериментов с участием 63 добровольцами в возрасте от 18 до 40 лет (средний возраст – 24,4 года; женщины составляли 33 участника). Во время выполнения задания у испытуемых одновременно измерялся диаметр зрачков и фиксировалась электрическая активность мозга с использованием электроэнцефалограммы, состоящей из 64 каналов. При анализе данных о зрачках учитывались записи 60 человек, ЭЭГ – 57 участников, а одновременное применение обеих методик коснулось 56 добровольцев. опубликованы в журнале Nature Human Behaviour.

В ходе эксперимента добровольцам предлагалось выполнить задание, связанное с определением и повторением цветовых оттенков. В каждом раунде им демонстрировались два цветных прямоугольника на протяжении очень короткого периода – всего лишь 200 миллисекунд, после чего необходимо было запомнить увиденные цвета и спрогнозировать их появление в последующем этапе.

Исследование состояло из двух этапов. В одной ситуации цвет претерпевал внезапную трансформацию и впоследствии стабилизировался на новом значении, воспроизводя устойчивое изменение обстановки. Во втором сценарии неожиданное нарушение являлось эпизодическим явлением, после которого система возвращалась к исходным параметрам. Вероятность возникновения непредсказуемых ситуаций в обоих случаях составляла 15%, а каждый цикл включал 120 проверок.

Благодаря этому подходу ученым удалось дифференцировать два различных сценария. В первом случае неожиданное событие символизировало реальную модификацию окружающей среды, требующую переосмысления накопленного опыта. Во втором оно представлялось собой лишь кратковременный сбой, не оказывающий существенного влияния на будущие ожидания.

Полученные данные подтвердили все пять выдвинутых гипотез: по мере увеличения вероятности изменения скрытого состояния зрачки участников заметно расширялись через 1.5-4 секунды после воздействия стимула, а также усиливался ранний компонент P3a комплекса P300 – приблизительно через 450 миллисекунд после появления неожиданного события; подобной корреляции для более позднего компонента P3b обнаружено не было.

Физиологические изменения сопровождались модификациями в поведении: при переходе к новому состоянию люди быстрее корректировали свои представления и активно усваивали новую информацию. В ситуации, когда неожиданное событие являлось случайным отклонением, наблюдалась обратная тенденция – скорость обучения снижалась, что позволяло избежать необоснованной оценки единичного аномального явления.

Исследователи проиллюстрировали свою теорию следующим примером: представьте себе человека, который регулярно посещает определенное заведение общественного питания и имеет четкое представление о его сервисе. Если вдруг на кухне произойдут изменения – например, временно заменится повар, – логично пересмотреть свои ожидания относительно качества еды или подачи блюд. Однако если изменение в одном из блюд вызвано лишь случайным фактором, нет необходимости менять свое общее мнение об этом заведении. Именно подобные сценарии воссоздавались в ходе эксперимента.

Замечено также, что расширение зрачков коррелирует с уменьшением когнитивного искажения восприятия. Как правило, человек интерпретирует поступающую информацию через призму своих предубеждений и ожиданий; однако, когда происходят события, указывающие на изменение состояния окружающей среды, эта тенденция ослабевает. В результате мозг начинает придавать больше значения новой информации, а не старым представлениям.

Еще один значимый вывод исследования касается внутренних процессов реорганизации в головном мозге, которые протекают без воздействия внешних факторов. После возникновения случайных отклонений от нормы наблюдалось дополнительное расширение зрачков во время подготовки к следующему прогнозу. Ученые назвали это явление признаком второго этапа внутренней перестройки, необходимого для возвращения к привычной модели восприятия мира после обработки неожиданного события. Оказалось, что люди с более выраженным сигналом демонстрируют большую способность различать ситуации, требующие корректировки стратегии обучения, и те, в которых такие изменения нежелательны.

Более глубокое изучение данных выявило, что у участников эксперимента, чей размер зрачков наиболее заметно изменялся в зависимости от изменения восприятия, наблюдалась и самая выраженная корреляция между этими физиологическими проявлениями организма и процессом обучения. Таким образом, оба феномена указывали на один общий принцип – пересмотр человеком своих внутренних моделей окружающего мира.

Полученные данные нового эксперимента в значительной степени подтверждают предположение о вовлеченности голубого пятна и норадреналина в оперативное изменение работы мозга, однако прямые измерения активности этой области ученым провести не удалось. Их исследование основывалось на опосредованных признаках – изменениях размера зрачков и сигналах электроэнцефалограммы (ЭЭГ), которые способны демонстрировать активность различных нейромедиаторных систем, включая ацетилхолин, серотонин и орексин. В связи с этим установить конкретный механизм, лежащий в основе выявленных эффектов, не представлялось возможным. Для окончательного подтверждения выдвинутой гипотезы требуются дополнительные научные работы.