Odkryto jednolity mechanizm neuronowy dla wyobraźni i rzeczywistego widzenia
Naukowcy z Cedars-Sinai udowodnili, że procesy wyobrażania sobie obiektów i ich rzeczywiste widzenie angażują te same neurony mózgu. Około 40% komórek aktywuje się z tą samą siłą w obu przypadkach, co wyjaśnia mechanizm tworzenia obrazów mentalnych.
Oko umysłu: jak odkrycie jednolitego kodu neuronowego dla widzenia i wyobraźni zmienia neuronaukę
Wprowadzenie
Dlaczego wspomnienie ukochanej twarzy lub znajomego krajobrazu wydaje się prawie tak samo realne jak bezpośrednie postrzeganie? To pytanie od wieków zajmowało filozofów, ale teraz otrzymało odpowiedź neurobiologiczną. W kwietniu 2026 roku badacze z centrum medycznego Cedars-Sinai oraz Kalifornijskiego Instytutu Technologicznego opublikowali w czasopiśmie Science pracę, która po raz pierwszy na poziomie pojedynczych neuronów udowodniła: wyobraźnia i wzrokowe postrzeganie obiektów angażują ten sam mechanizm neuronowy. Około 40% neuronów brzusznej kory skroniowej aktywuje się z tą samą siłą i według tego samego „kodu” – niezależnie od tego, czy osoba patrzy na obiekt, czy tylko go sobie wyobraża. To odkrycie nie tylko wyjaśnia naturę obrazów mentalnych, ale także tworzy fundament dla nowych podejść do leczenia zaburzeń psychicznych, zrozumienia kreatywności i rozwoju sztucznej inteligencji.
Szczegóły wydarzenia i chronologia
Badanie opublikowane 9 kwietnia 2026 roku było wynikiem współpracy kilku instytutów naukowych. Wiodącą rolę odegrali Varun Wadia, postdoktorant w laboratorium Ueli Rutishausera i były doktorant Caltechu, którego rozprawa doktorska stanowiła podstawę publikacji, oraz Doris Tsao z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley, której wieloletnie prace na naczelnych położyły teoretyczny fundament.
Kluczową cechą metodologiczną pracy było wykorzystanie unikalnej możliwości klinicznej. Szesnastu pacjentów z padaczką, którym tymczasowo wszczepiono elektrody do mózgu w celu zlokalizowania ognisk aktywności napadowej, zgodziło się wziąć udział w eksperymencie. Dało to naukowcom dostęp do rejestracji aktywności setek pojedynczych neuronów w brzusznej korze skroniowej – obszarze krytycznym dla rozpoznawania wzrokowego i pamięci. Taki poziom rozdzielczości jest nieosiągalny przy standardowym funkcjonalnym MRI.
Procedura składała się z dwóch etapów. Najpierw uczestnikom pokazywano serie obrazów twarzy i obiektów, jednocześnie rejestrując aktywność elektryczną neuronów. Dla 80% neuronów wrażliwych na bodźce wzrokowe badaczom udało się odszyfrować ich „kod” – określić, na które cechy obrazu reaguje każda komórka. Kluczową rolę odegrały tu narzędzia sztucznej inteligencji: głębokie sieci neuronowe wizyjne tworzyły numeryczne opisy obiektów, a generatywna SI pomagała weryfikować przewidywania, tworząc nowe obrazy i testując reakcje mózgu na nie. Następnie uczestników proszono o wyobrażenie sobie tych samych obiektów z pamięci – i badacze obserwowali reaktywację około 40% tych samych neuronów z tym samym wzorcem aktywności.
Zasadniczą podstawą teoretyczną była koncepcja „rozproszonego kodu osiowego” (distributed axis code), wcześniej odkryta przez Doris Tsao u naczelnych. W tym modelu każdy neuron koduje nie całościowy obiekt, ale określony wymiar w abstrakcyjnej przestrzeni cech – na przykład odległość między oczami lub kształt konturu twarzy. Kombinacja sygnałów z wielu neuronów pozwala mózgowi błyskawicznie składać szczegółowy obraz. Fakt, że model ten idealnie sprawdza się u człowieka, stał się ważnym potwierdzeniem ewolucyjnej ciągłości mechanizmów neuronowych.
Badanie było finansowane przez program BRAIN Initiative Narodowych Instytutów Zdrowia USA, Instytut Medyczny Howarda Hughesa, Simons Foundation Collaboration on the Global Brain oraz Centrum Neuronauki Systemowej im. Chena przy Caltechu.
Wpływ i znaczenie
Dla podstawowej neuronauki. Odkrycie po raz pierwszy ustanawia bezpośredni przyczynowo-skutkowy mechanizm obrazu mentalnego na poziomie komórkowym. Wcześniejsze badania neuroobrazowania wykazywały aktywację podobnych obszarów mózgu podczas percepcji i wyobraźni, ale pytanie, czy te same neurony są zaangażowane, pozostawało otwarte. Teraz wykazano: są to dokładnie te same komórki, używające tego samego kodu neuronowego. Stwierdzenie Varuna Wadii – „w naszej głowie znajduje się model generatywny” – oznacza, że mózg jest w stanie odtworzyć stan identyczny z momentem pierwotnego postrzegania.
Dla psychiatrii klinicznej. Badacze wprost wskazują na potencjalne zastosowanie wyników w zaburzeniach psychicznych. Adam Mamelak, dyrektor programu funkcjonalnej neurochirurgii w Cedars-Sinai, podkreślił, że zrozumienie procesu neuronowego otwiera drogę do terapii zespołu stresu pourazowego (PTSD), zaburzenia obsesyjno-kompulsyjnego (OCD) i innych stanów związanych z niekontrolowaną, żywą obrazowością. Schizofrenia, w której granice między rzeczywistością a wyobraźnią patologicznie się zacierają, jest wymieniana jako jeden z najbardziej oczywistych celów przyszłych interwencji. Przedstawiciel NIH, Hermon Gebrehiwet, zauważył, że wyniki „wspierają ideę wspólnego kodu neuronowego dla wyobraźni i percepcji i mogą mieć istotne znaczenie dla zrozumienia zaburzeń psychicznych z zaburzeniami obrazowania mentalnego i rozróżniania rzeczywistości”.
Dla walki z neurodegeneracją. Wadia wskazał, że zrozumienie mechanizmów pamięci może być pierwszym krokiem do opracowania metod jej ochrony przed niszczącym działaniem choroby Alzheimera. Jeśli pamięć to reaktywacja tych samych neuronów, profilaktyka utraty pamięci może być ukierunkowana na utrzymanie stabilności tego procesu reaktywacji.
Dla sztucznej inteligencji. Odkryty mechanizm stanowi biologiczny odpowiednik modeli generatywnych w uczeniu maszynowym – systemów, które uczą się tworzyć nowe treści, przyswajając prawidłowości z danych. Zrozumienie, jak układ nerwowy realizuje zadania twórcze w naturalny sposób, może informować rozwój bardziej efektywnych architektur SI.
Dla zrozumienia kreatywności. To być może najbardziej fundamentalny aspekt. Jeśli mózg jest w stanie powrócić do stanu identycznego z momentem percepcji, to kreatywność – czy to pisanie muzyki, malarstwo, czy rozwiązywanie abstrakcyjnego problemu – zyskuje konkretny substrat neurobiologiczny.
Aspekt społeczny – różnorodność doświadczeń. Rutishauser podkreślił, że nie wszyscy ludzie posiadają zdolność do żywych obrazów mentalnych. Wspomniał o naukowcu, który po prezentacji powiedział: „Nie wiem, o czym mówisz. Nic nie widzę, gdy zamykam oczy”. To uznanie różnorodności ludzkiego doświadczenia i afantazji – niezdolności do tworzenia obrazów wzrokowych – dodaje badaniu cenny wymiar inkluzywności.
Reakcja kluczowych graczy
Publikacja w Science – oznaka najwyższego statusu pracy, która automatycznie przyciągnęła uwagę społeczności naukowej. Badanie zostało nagłośnione przez NPR, co świadczy o szerokim zainteresowaniu publicznym tematem.
Na poziomie instytucjonalnym współpraca Cedars-Sinai i Caltechu wykazała produktywny model interakcji interdyscyplinarnej. Rutishauser zauważył: „Tej pracy nie mógłby wykonać ani Caltech samodzielnie, ani Cedars-Sinai samodzielnie”. Dostęp do pacjentów z wszczepionymi elektrodami (zasób kliniczny Cedars-Sinai) w połączeniu z kompetencjami obliczeniowymi i teoretycznymi Caltechu stworzył unikalną synergię.
Opiekun naukowy Wadii, Doris Tsao, której wcześniejsze prace na naczelnych przewidziały istnienie tego kodu u człowieka, otrzymała eksperymentalne potwierdzenie swoich teorii. Dla niej jest to walidacja wieloletniego programu badawczego, dowód uniwersalności odkrytych przez nią zasad kodowania neuronowego dla całego rzędu naczelnych, w tym człowieka.
Plany grupy badawczej obejmują poszukiwanie źródła sygnału wyzwalającego reaktywację oraz badanie, jak różne obszary mózgu współdziałają w realizacji wyobraźni. To wyznacza kierunek dla kolejnych prac.
Prognoza i wnioski
Odkrycie jednolitego kodu neuronowego dla percepcji i wyobraźni można uznać za zakończenie jednego etapu i początek kolejnego. Zakończono etap dowodzenia – hipoteza, że te same neurony obsługują obie funkcje, przeszła z kategorii przypuszczeń do kategorii faktów ustalonych eksperymentalnie. Rozpoczyna się etap praktycznego zastosowania i dalszego badania mechanizmów.
W najbliższych latach można spodziewać się postępu w kilku kierunkach. Po pierwsze, zostaną zidentyfikowane struktury mózgu uruchamiające proces reaktywacji neuronów – zespół już pracuje nad tym pytaniem. Może to otworzyć możliwość ukierunkowanego oddziaływania na system „wspominania” – wzmacniania lub, przeciwnie, tłumienia niepożądanych obrazów mentalnych.
Po drugie, translacja kliniczna do psychiatrii wydaje się najbardziej obiecująca. Jeśli PTSD charakteryzuje się niekontrolowanymi, żywymi obrazami traumatycznych wydarzeń, a mechanizm tych obrazów to reaktywacja tych samych neuronów, które aktywowały się podczas rzeczywistego przeżycia, terapia może być ukierunkowana na przerwanie lub modulację tego procesu. Podobnie, zrozumienie halucynacji w schizofrenii jako patologicznej spontanicznej aktywacji neuronów wzrokowych otwiera drogę do bardziej celowanych interwencji neuromodulacyjnych.
Po trzecie, dla sztucznej inteligencji biologiczny mechanizm modelu generatywnego w mózgu dostarcza blueprint – wzorzec architektoniczny – do tworzenia bardziej efektywnych systemów obliczeniowych. Jak zauważył Wadia: „Dziś to projekt naukowy, a jutro – praktyka kliniczna”.
Istotne jest, że badanie ujawniło również ograniczenia i nowe pytania. Dlaczego wyobraźnia jest wizualnie „słabsza” od rzeczywistego widzenia, jeśli zaangażowane są te same neurony? Prawdopodobna odpowiedź leży w tym, że podczas wyobraźni aktywuje się tylko 40% neuronów i brakuje wstępującego strumienia sensorycznego, który przy rzeczywistym widzeniu moduluje i wzmacnia aktywność. Skąd pochodzi sygnał do reaktywacji? Odpowiedzi na razie brak.
Tak więc praca z kwietnia 2026 roku to nie kropka, ale raczej fundament dla całego pokolenia badań. Po raz pierwszy ludzkość ma nie filozoficzną spekulację, ale konkretny model biologiczny tego, jak mózg „widzi” z zamkniętymi oczami. I ten model obiecuje praktyczne owoce w zakresie od pomocy psychiatrycznej po nową generację architektur SI.
— Editorial Team
