Преобразования формы морфирующего иллюзорного контура можно декодировать во время множественного отслеживания объектов по непрерывной ЭЭГ

Как наши глаза отслеживают в движущемся мире

Когда вы пытаетесь следить сразу за несколькими игроками в матче или присматривать за детьми на оживлённой площадке, глаза и мозг совершают тихое чудо: они отслеживают множество движущихся объектов одновременно, не путя их. В этом исследовании задаётся на первый взгляд простой вопрос о таком повседневном умении: следует ли мозг за каждым объектом по очереди, как за булавками на карте, или он также группирует их в более крупную, невидимую форму, которая скользит и изгибается по сцене? С помощью записи мозговой активности авторы показывают, что наша визуальная система действительно поддерживает текущий абстрактный контур, связывающий отслеживаемые объекты, и что мозг реагирует, когда этот скрытый контур меняет свою форму.

Следя за точками с невидимым контуром

Чтобы выяснить, как мы отслеживаем движение, исследователи использовали классическую лабораторную задачy, называемую задачей множественного отслеживания объектов. Испытуемые наблюдали за восемью одинаковыми маленькими квадратами, дрейфующими по экрану. В начале каждого испытания четыре из этих квадратов кратко мигали, обозначая те, которые нужно было отслеживать, в то время как остальные служили отвлекающими элементами. Затем квадраты плавно перемещались несколько секунд, не подходя слишком близко друг к другу и не перекрываясь, а участникам было нужно держать взгляд на центральной точке фиксации и мысленно следить за четырьмя целями. В конце четыре квадрата подсвечивались, и люди должны были решить, являются ли это те самые четыре, которые они отслеживали. Эта задача требовательна: прошлые исследования показывали, что эффективность снижается, если объекты движутся быстрее, оказываются ближе или их становится больше.

Скрытая форма, которая никогда не появляется на экране

Предыдущая работа той же группы показала, что в ходе такой задачи мозг рассматривает отслеживаемые точки не только как отдельные объекты, но и как углы невидимой формы. Математически всегда существует уникальный «кратчайший» замкнутый путь, который соединяет все четыре цели без самопересечений, формируя своего рода призрачный многоугольник. Этот контур никогда фактически не рисуется на экране, но его можно вычислить по сохранённым положениям точек. По мере движения целей этот многоугольник плавно меняет форму — за исключением особых моментов, когда он претерпевает внезапные качественные изменения. Иногда порядок соединения точек резко меняется — «переворот» контура. В другие моменты форма меняется от выпуклой к вогнутой или наоборот. Эти моменты — не просто небольшие сдвиги позиции; они изменяют саму структуру формы.

Чтение изменений формы по мозговым волнам

Пока люди выполняли задачу отслеживания, исследователи записывали их непрерывную мозговую активность с помощью электроэнцефалографии (ЭЭГ), техники, измеряющей слабые электрические сигналы на коже головы. Для каждого испытания они использовали сохранённые траектории движения, чтобы отметить точные моменты, когда невидимый многоугольник, связывающий четыре цели, переворачивался или переключался между вогнутой и выпуклой формами. Затем они проанализировали, как ЭЭГ-сигнал вел себя вокруг этих моментов перехода. Первый анализ показал, что ответ мозга в зрительных областях затылочной части головы различался в зависимости от того, какое именно изменение формы только что произошло, но только тогда, когда многоугольник был проведён через точки-цели, а не через отвлекающие элементы. Это уже намекало на то, что внимание связано с общей конфигурацией отслеживаемых объектов.

Декодирование невидимого движения в реальном времени

Команда пошла дальше и попыталась выяснить, можно ли напрямую восстановить эти изменения формы по непрерывной ЭЭГ, словно читая внутренний мониторинг мозга за фантомным многоугольником. Сначала они свели сложный 32-канальный сигнал к нескольким основным компонентам и извлекли короткий «подпись»-образец для каждого типа перехода формы. Затем эти подписи прокручивали по непрерывной ЭЭГ из других испытаний и измеряли, насколько хорошо они совпадают в каждый момент, получая временную оценку вероятности того или иного перехода. Для двух типов переходов — переворотов и переключений от выпуклого к вогнутому — меры сходства надежно пиковали вокруг реальных моментов перехода для многоугольника целей, но не для многоугольника отвлекающих элементов. Любопытно, что сигнал, связанный с переворотом, был обнаружим примерно за 150 миллисекунд до перехода, тогда как сигнал, соответствующий появлению вогнутости в форме, возникал примерно через 150 миллисекунд после него, что указывает на разные лежащие в основе процессы.

Почему эти результаты важны для повседневного зрения

Наконец, исследователи разделили участников на лучших и худших трекеров по их точности в задаче. Те, кто выступал лучше, демонстрировали более чёткие, более различимые ЭЭГ-подписи переходов формы, особенно для изменений, вводящих вогнутости. Такая картина наводит на мысль, что люди, которые сильнее поддерживают невидимую форму, связывающую цели, получают преимущество в отслеживании. В целом исследование показывает, что наша визуальная система не просто управляет набором отдельных положений. Она также связывает их в единый, меняющийся контур и уделяет внимание тому, как этот контур изгибается, переворачивается и образует вдавления с течением времени. Чувствительность мозга к этим тонким изменениям формы, особенно к возникновению внутренних дуг, по-видимому, помогает нам разбивать визуальный мир на связанные, удобные для отслеживания единицы — что позволяет с удивительной лёгкостью следить за действием в быстрых, загромождённых сценах.

Цитирование: Merkel, C., Merkel, M., Hopf, JM. et al. Shape-transitions of a morphing illusory contour can be decoded during multiple-object tracking from the ongoing EEG. Commun Psychol 4, 48 (2026). https://doi.org/10.1038/s44271-026-00427-6

Ключевые слова: множественное отслеживание объектов, визуальное внимание, иллюзорные контуры, ЭЭГ, восприятие формы