Во сне весь мозг проходит через длинные, медленные волны электрической активности, как волны в спокойном океане. Исследователи называют это состояние сознания «медленным сном». Пробуждение изменяет характер электрической активности на что-то похожее на случайный шум. Но доцент Лаборатории Колд-Спринг-Харбор (CSHL) Татьяна Энгель, научный сотрудник Янлин Ши и их сотрудники обнаружили закономерности в шуме. Глядя на область обработки зрительной информации в мозгу обезьяны, они обнаружили меньшие, более быстрые и более локализованные версии больших катящихся волн сна. Формы и динамика этих локальных волн связаны с тем, насколько внимательной является эта часть мозга. Исследователи считают, что волновые узоры дают важный ключ к пониманию сна, анестезии и внимания.
Часть мозга, участвующая в обработке зрительной информации ( зрительная кора ), похожа на телевизионный экран , который создает изображение из набора точек или «пикселей». Каждый пиксель мозга состоит из столбца, заполненного нейронами, которые действуют вместе. Нестимулированные столбцы колеблются между электрической активностью и чувствительностью к стимулам («Вкл») или неактивностью и устойчивостью к электрической активности («Выкл»). Если визуальная информация (стимул) попадает в визуальную колонку, которая включена, то информация регистрируется как большой электрический всплеск. Но если визуальная информация попадает в столбец, когда он отключен, то он может вообще не регистрироваться.
Энгель и Ши в сотрудничестве с профессорами Стэнфордского университета Квабеной Боаэн и Тирином Муром, а также доцентом Вашингтонского университета Николасом А. Стейнмецем обнаружили, что когда обезьяны обращают внимание на стимул, волны становятся короче и прерывистее. Состояния «включено» и «выключено» мигают через столбцы зрительной коры, управляемые этим стимулом, быстрее и в меньшей области, чем когда внимание животного находится в другом месте. Но с чего бы бодрствующему и внимательному мозгу выключать столбцы и пропускать информацию? У Энгеля есть несколько гипотез. Она говорит: «Поддержание нейронов в состоянии «включено» все время требует больших энергетических затрат. Другая причина заключается в том, что если бы мы всегда были восприимчивы к информации, мы могли бы стать перегруженными; состояние «выключено» могло бы помочь подавить нерелевантную информацию».
Открытие того, что электрический шум меняет паттерны в зависимости от состояния мозга, может помочь исследователям понять реакцию мозга на лекарства и болезни. А поскольку мозг приматов очень хорошо обрабатывает визуальную информацию, исследователи машинного обучения могут позаимствовать хитроумно структурированные трюки с шумом для улучшения искусственного мозга.
