Нейробиологи выяснили, как загадочные волны в мозге превращают сенсорный хаос в зрительное восприятие

Ваш мозг и океан имеют неожиданную общую черту: волны. Электрическая активность может распространяться по поверхности мозга в виде паттернов, известных как путешествующие волны мозга, или нейронные бегущие волны. Подобно волнам в океане, эти паттерны могут возникать из разных источников, включая активность, генерируемую внутри мозга, и сигналы, поступающие из окружающей среды. Исследования показывают, что они также могут влиять на внимание и поведение от одного момента к другому.

Теперь нейробиологи из Института Солка объединили физиологические и вычислительные исследования этих волн и предложили более широкое объяснение их функций. Их вывод заключается в том, что нейронные бегущие волны могут функционировать как вычислительный механизм в зрительной коре. Перемещаясь по нейронным цепям, волны могут помогать зрительной коре (и, вероятно, другим областям мозга) создавать внутренние представления о внешнем мире, поддерживая нашу способность воспринимать происходящее, восстанавливать недавнюю информацию и предвидеть, что может произойти дальше.

Обзор был опубликован в журнале Neuron 21 июля 2026 года.

Почему важны путешествующие волны мозга

Нейробиолог из Солка Джон Рейнольдс, доктор философии, первым идентифицировал путешествующие волны мозга в зрительных системах бодрствующих животных еще в 2020 году. Его лаборатория также обнаружила, что волны напрямую связаны с тем, заметил ли животное объект, помещенный перед ним.

Это открытие может помочь объяснить знакомый опыт: вы ищете что-то, например, ключи, и не замечаете, что они были на виду все это время. Объект присутствовал, но мозг не смог его зарегистрировать в тот конкретный момент.

После того как Рейнольдс и его коллеги установили, что путешествующие волны возникают у бодрствующих животных и могут влиять на восприятие визуального стимула, возник более крупный вопрос: зачем мозг вообще генерирует эти волны?

«Эта статья впервые в единой интегрированной структуре излагает, что мозг может вычислять благодаря наличию этой рекуррентной волногенерирующей схемы», — говорит Рейнольдс, старший и соавтор-корреспондент статьи.

Возможный механизм восприятия и предсказания

Исследователи сосредоточились на зрительной коре и предложили четыре основные функции нейронных бегущих волн. Волны могут корректировать восприятие от момента к моменту, преобразовывать недавнюю сенсорную информацию во внутреннее представление, создавать краткосрочные прогнозы об окружающем мире, а также сохранять и воспроизводить паттерны, связанные с воспоминаниями о событиях, разворачивающихся во времени.

Вместе эти способности предполагают, что бегущие волны могут играть центральную роль в том, как мозг интерпретирует поступающую информацию, а не просто отражают фоновую электрическую активность.

Волны мозга могут быть чем-то большим, чем электрический шум

В рамках новой концепции нейронные волны мозга — это не просто электрический шум, проходящий через нервную систему. Связи, ответственные за генерацию волн, делают больше, чем просто передают сигналы. Они могут изменять свою физиологию («синаптические веса») способами, отражающими информацию, полученную из внешнего мира.

Каждое зрительное, обонятельное, слуховое или двигательное действие, испытанное животным, может модифицировать связи, участвующие в генерации этих волн. Со временем эти изменения помогают формировать нейронные цепи, на которые мозг полагается для создания внутреннего представления об окружающей среде.

«В значительной степени это аналогично тому, что делают большие языковые модели, такие как ChatGPT», — объясняет Рейнольдс. «Они изучают статистическую структуру языка и используют эти знания для генерации осмысленного и правильно структурированного текста, отражающего закономерности языка. Мозг может делать нечто функционально похожее — биологическая генеративная модель, построенная с нуля на основе опыта».

Как мозг строит внутреннюю модель мира

Каждый раз, когда сенсорная информация достигает мозга, он сталкивается с фундаментальной проблемой: что я, скорее всего, ощущаю прямо сейчас?

Окружающая среда невероятно сложна, но она также подчиняется многим предсказуемым правилам. Объекты занимают трехмерное пространство. Изображения, проецируемые на сетчатку, постоянно меняются по мере движения глаз и тела. Эти меняющиеся сигналы также существуют в рамках ограничений, налагаемых физикой и физиологией.

Новая концепция предполагает, что мозг изучает эти повторяющиеся закономерности и сохраняет их в сетях синапсов. Эти сети затем могут генерировать бегущие волны, которые помогают мозгу определять наиболее вероятные причины поступающей сенсорной информации и собирать внутреннюю модель окружающего мира.

С этой точки зрения, бегущие волны могут помочь объяснить, как мозг превращает постоянный поток сложных сенсорных сигналов в связные восприятия, прогнозы, поведение и переживания. Понимание этого процесса может приблизить ученых к объяснению того, как мозг обрабатывает занятый и часто хаотичный мир вокруг нас.

Другие авторы этого исследования включают Лайла Мюллера из UT Dallas и Института Филдса, Александру Буш из Института Филдса и Университета Западного Онтарио, а также Закари Дэвиса из Университета Юты.

Исследование финансировалось Национальными институтами здравоохранения (R01 EY028723, U01 NS131914, U01 NS139877, EY014800), организацией Research to Prevent Blindness, Канадским советом по естественным наукам и инженерным исследованиям, Университетом Западного Онтарио, Compute Ontario и Digital Research Alliance of Canada.

Источники:

Материалы предоставлены Институтом Солка. Оригинал написан Изабеллой Дэвис.

Lyle Muller, Alexandra N. Busch, Zachary W. Davis, John H. Reynolds. Neural traveling waves in cortex: Network mechanisms and potential roles in neural computation. Neuron, 2026; DOI: 10.1016/j.neuron.2026.06.019