Цели и хипотези
Основната цел на проекта е да събере експериментални данни и да ги приложи за
надграждане на нашия вдъхновен от мозъка spike-timing невронен модел на преработка на
зрителна информация и вземане на решения с функционалност, тясно свързана с теориите за
невроналните механизми на съзнателното и несъзнателното възприятие в мозъка.
Съгласно последните научни изследвания различни части на мозъчната кора участват
във възникването на съзнателното възприятие. Поради това моделът ни ще бъде надграден с
допълнителни структури на база литературни данни за тяхната свързаност с коровите и
подкорови структури, обработващи зрителната информация.
За постигане на тази цел се планира провеждане на разнородни по трудност
поведенчески експерименти: за статистическо обучение, за подпрагово възприятие и за
илюзорно възприятие. Регистрирайки ЕЕГ в различните задачи ще позволи да търсим кое е
общото при възникването на съзнателно възприятие при тези напълно различни сценарии. По
този начин ще изключим участието на други процеси като памет, внимание и взимане на
решение като следствие от възникването на съзнателно преживяване. Целта ни е да сравним
свързаността на отделните структури (времеви зависимости, осцилации) с експериментално
получените при различни когнитивни задачи.
Тъй като експериментално е трудно изследването на подкоровите структури и връзката
им с мозъчната кора, чрез модела ще може да се експериментира като се менят тези връзки
– прави и обратни, с различните структури – за да се получи активност подобна на получената
експериментално. За да „изразим“ възникването на съзнателно възприятие, освен сходството
с регистрираната мозъчна активност при преход от несъзнателно възприятие, за оценка на
моделното изпълнение ще използваме различни мерки – ентропия, сложност и т. н., каквито
се прилагат в различните теории на съзнанието за характеризирането му. Това ще помогне
също така да се открие дали базалните ганглии – структурата в мозъка, отговорна за вземането
на решения, която е включена в нашия модел – допринася за съзнанието директно или само
индиректно.
Докато конкретното съдържание на съзнанието в планираните изследвания варира,
поради което ще се включват различни мозъчни структури при обработката на сензорна
информация, всички те включват преминаване от несъзнателно към съзнателно състояние. По
тази причина ние очакваме, че в резултат на определяне на функционалните връзки между
мозъчните структури въз основа на EEG данните, да установим обща структура, която е част от
коровите и подкоровите невронни мрежи.
Ние очакваме, че сравнявайки данните от поведенческите и електрофизиологични
изследвания на условията, които имитират преход между две стимулни състояния с
несъзнателни промени във възприятието на стимулите ще позволи да се разграничат
процесите на обработка на сензорната информация и внимание от тези, включени при
съзнателното възприемане.
Ние ще получим нови данни за индивидуалните разликите в различните изследвания
и следователно, за индивидуалните разлики при задачи с различни изисквания към
вниманието и паметта, с различно перцептивно натоварване и с участие на различни
когнитивни процеси. Ще получим информация за връзката между нивото на вътрешен шум в
мозъка и динамиката на преходите от съзнателно към несъзнателно възприятие и обратно.
Като краен резултат, поведенческите експерименти ще помогнат за генериране неврологични
знания и експериментални данни, които ще допринесат за по-добро разбиране на
йерархичната организация на човешкия мозък, динамичните свойства на мозъчните
невронни мрежи, и в частност на характеристиките, свързани с мозъчната пластичност и
обучение.
Надграждането и усъвършенстването на нашия spike-timing модел с включването на
различни мозъчни структури, участващи в преработката на зрителна информация и вземане
на решения ще се основава на експериментални доказателства, както и на карта на човешкия
мозък на различни нива. Моделът ще осигури софтуерно средство за симулация на невронно
и синаптично ниво на когнитивните процеси в мозъка, включително влиянието на
невромодулатори (допамин). Реалистичната структура и свързаност на нашия софтуерен
симулатор би могла да допринесе и за in-silico експериментиране на ефектите на увреждане
в мозъчните структури.
Подходи за постигане на изследователските цели, включително и
интердисциплинарност на проектното предложение
За да се постигне целта на проекта ще се приложат следните подходи:
- Експериментални изследвания на съзнателното и несъзнателно възприятие при хора посредством поведенчески експерименти в комбинация със записване на електрическата мозъчна активност.
- Обработка на експерименталните данни и анализ, целящ да се разграничат съзнателното и несъзнателното възприятие и последващите възприятието когнитивни фази на обработка и участващите в нея мозъчни структури.
- Надграждане на структурата на нашия spike timing невронен модел, следвайки съвременните научни теории за невроналните основи на съзнанието и натрупаните експериментални доказателства, както и настройване на параметрите му в съответствие със получените от нас експериментални данни.
Предложеният изследователски проект е интердисциплинарен, тъй като включва психофизични експерименти с хора, придружени с електрофизиологични записи на мозъчната активност, както и математическо моделиране на наблюдаваното поведение.