Латеральный затылочный комплекс человека инвариантен к сдвигам положения и изменениям масштаба на уровне отдельных нейронов

Как ваш мозг понимает, что стул — это стул

Близко ли стоит стул или далеко, высоко на стене или низко у пола — вы всё равно мгновенно его узнаёте. Это повседневное умение скрывает непростую задачу для мозга: изображение, попадающее на сетчатку, может сильно меняться, но восприятие объекта остаётся постоянным. В этом исследовании заглянули в отдельные клетки мозга в ключевой области человеческого зрения, чтобы понять, как они справляются с этой задачей, и выяснить, как наш мозг сохраняет стабильность идентичности объектов, пока мир (и наша точка зрения) меняются.

Редкий взгляд внутрь визуального мозга человека

Большая часть наших знаний о том, как одиночные клетки распознают объекты, получена в исследованиях на обезьянах, поскольку прямые записи с отдельных нейронов у людей встречаются редко. В этой работе врачи и учёные воспользовались особой медицинской ситуацией: женщине с трудно поддающейся лечению эпилепсией потребовалась временная имплантация электродов. Наряду с клиническим наблюдением команда разместила две крошечные сетки микроэлектродов в области затылочной коры, называемой латеральным затылочным комплексом (LO), известной своей ролью в распознавании форм и объектов. Эти сетки позволили регистрировать электрические спайки десятков одиночных нейронов, пока пациентка смотрела на изображения на экране.

Нейроны, которые особенно чувствительны к форме

Исследователи сначала определили, на какую область экрана «смотрит» каждый нейрон, мигая одним контуром тела в множестве позиций по полю зрения размером 28 на 28 градусов. Это картирование показало, что рецептивные поля клеток LO были меньше, чем предполагали некоторые ранние оценки, но часто простирались в обе стороны пространства и отдавали предпочтение стороне, противоположной имплантированной полушарию. Затем они проверили, насколько разборчивы эти нейроны по форме. На одной сетке показывали 64 простых белых контура, на другой — набор детализированных изображений тел без головы. Многие нейроны сильно реагировали лишь на несколько предпочитаемых форм и почти не реагировали на другие, что указывает на тонкую селективность по форме, а не на общую реакцию на «всё, что на экране».

Та же предпочтительность независимо от положения объекта

Чтобы распознать кружку как «ту же кружку», даже когда она перемещается, мозг должен сохранять предпочтения по форме в разных позициях. Чтобы проверить это, команда выявила любимый стимул каждого нейрона в его оптимальной позиции на экране и спросила: остаётся ли это ранжирование форм похожим, когда те же изображения появляются в других местах в пределах его рецептивного поля? С помощью временно разрешённых корреляционных анализов они обнаружили, что шаблоны откликов в предпочитаемых и непредпочитаемых позициях сильно выравниваются примерно через 80–90 миллисекунд после появления стимула. Иными словами, одни и те же формы обычно оставались лучшими и худшими независимо от того, где они появились в зоне, которую видел каждый нейрон — признак инвариантности по положению.

Устойчивость при значительных изменениях размера

Мозг также должен справляться с объектами, которые увеличиваются или уменьшаются в нашем поле зрения по мере приближения или отдаления. В отдельном эксперименте исследователи показали 20 изображений тел в трёх размерах, охватывающих два «октава» (четырёхкратно изменение от малого к большому) в пределах рецептивного поля одной сетки. Некоторые нейроны реагировали только на самые большие изображения, но часть клеток надёжно отвечала при нескольких размерах. При сравнении паттернов откликов они обнаружили, что порядок предпочитаемых и непредпочитаемых изображений частично сохранялся между малыми, средними и большими вариантами. Статистические меры и регрессионные анализы показали значимую согласованность настройки при этих изменениях масштаба, демонстрируя инвариантность по размеру на уровне популяции, хотя общая сила спайков все ещё могла меняться в зависимости от размера.

Что это значит для восприятия мира

Эта работа даёт первые прямые доказательства того, что отдельные нейроны в человеческом LO сохраняют свои предпочтения по форме стабильными даже когда объекты перемещаются или меняют размер — подобно нейронам в инферотемпоральной коре обезьян. Несмотря на то, что данные получены у одного пациента, результаты показывают, что в этой области мозга есть клетки с высокой селективностью к форме и удивительной устойчивостью к распространённым визуальным трансформациям. Для повседневной жизни это означает, что когда вы мельком осматриваете захламлённую комнату, нейроны в вашем LO помогают быстро и надёжно узнавать людей и предметы, независимо от их местоположения и размера изображения на сетчатке.

Цитирование: Michaël, V., Peter, J. & Tom, T. Human lateral occipital complex is invariant for position and size transformations at the single-neuron level. Sci Rep 16, 13222 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-43946-2

Ключевые слова: распознавание объектов, зрительная кора, латеральный затылочный комплекс, нейронная инвариантность, регистрация одиночных нейронов