„Dva počítadlá – jedno riešenie“: Ako mozog kombinuje zvuk a obraz, aby rýchlejšie stlačil tlačidlo

Keď v tráve začujeme šušťanie a mihotavý tieň, reagujeme rýchlejšie, ako keby išlo len o zvuk alebo záblesk. Klasika. Ale čo sa presne deje v mozgu v týchto zlomkoch sekúnd? Nový článok v časopise Nature Human Behaviour ukazuje, že zrak a sluch zhromažďujú dôkazy samostatne a v momente rozhodnutia ich „súčet“ spustí jeden motorický spúšťač. Inými slovami, v hlave sú dva senzorické akumulátory, ktoré spoločne aktivujú jeden motorický mechanizmus.

Pozadie

Ako mozog robí rýchle rozhodnutia v „hlučnom svete“ zvukov a obrazov, je stáročia stará otázka, ale bez jasnej odpovede. Od konca 19. a 20. storočia je v psychofyzike známy „efekt redundantných signálov“ (RSE): ak je cieľ prezentovaný súčasne v dvoch modalitách (napríklad záblesk a tón), reakcia je rýchlejšia ako pri jednom signále. Spor sa týkal mechanizmu: „preteky“ nezávislých kanálov (model pretekov), kde vyhráva najrýchlejší senzorický proces, alebo koaktivácie, kde sa dôkazy z rôznych modalít v skutočnosti sčítajú pred spustením reakcie. Formálne testy (ako Millerova nerovnosť) pomohli na behaviorálnej úrovni, ale neukázali, kde presne dochádza k „záhybu“ – na strane senzorických akumulátorov alebo už pri motorickom spúšťači.

Počas posledných 10 – 15 rokov neurofyziológia ponúkla spoľahlivé markery týchto latentných štádií. Najvýznamnejší je centrálno-parietálna pozitivita (CPP), supramodálny EEG signál „akumulácie do prahu“, ktorý dobre zodpovedá driftovo-difúznym modelom rozhodovania, a beta redukcia (~20 Hz) v ľavej motorickej kôre ako index prípravy na pohyb. Tieto signály umožnili prepojiť výpočtové modely so skutočnými mozgovými okruhmi. Kľúčové medzery však pretrvávajú: sú zvukové a vizuálne dôkazy akumulované v jednom alebo dvoch samostatných akumulátoroch? A existuje jeden motorický prah pre multimodálne rozhodovanie, alebo sa každá modalita „posudzuje“ podľa samostatných kritérií?

Ďalšou komplikáciou je načasovanie. V reálnych podmienkach dochádza k mikrosekundovým až milisekundovým desynchrónnym odchýlkam medzi zrakom a sluchom: mierny časový posun môže maskovať skutočnú architektúru procesu. Preto sú potrebné paradigmy, ktoré súčasne riadia pravidlo odozvy (reagovať na akúkoľvek modalitu alebo iba na obe naraz), menia asynchrónnosť a umožňujú kombinovať behaviorálne rozdelenie reakčných časov s dynamikou EEG markerov v jednom modelovaní. Práve tento prístup nám umožňuje rozlíšiť „sumarizáciu senzorických akumulátorov s následným štartom jedného motora“ od scenárov „pretekov kanálov“ alebo „skorého zlúčenia do jedného senzorického prúdu“.

Nakoniec existujú praktické motivácie nad rámec základnej teórie. Ak sú senzorické akumulátory skutočne oddelené a motorický spúšťač je spoločný, potom v klinických skupinách (napr. Parkinsonizmus, ADHD, poruchy spektra) môže úzke hrdlo ležať na rôznych úrovniach – v akumulácii, v konvergencii alebo v motorickej príprave. Pre rozhrania človek-stroj a varovné systémy je fáza a načasovanie signálov kritické: správne fázovanie zvuku a obrazu by malo maximalizovať spoločný príspevok k motorickému prahu, a nie len „zvýšiť hlasitosť/jas“. Tieto otázky sú kontextom nového článku v časopise Nature Human Behaviour, ktorý skúma multimodálnu detekciu súčasne na úrovni správania, dynamiky EEG (CPP a beta) a výpočtového modelovania.

Čo presne zistili?

• V dvoch EEG experimentoch (n=22 a n=21) účastníci detekovali zmeny v bodovej animácii (zrak) a sérii tónov (sluch) stlačením tlačidla buď pri zmene jednej z nich (redundantná detekcia), alebo iba pri zmene oboch (konjunktívna detekcia).
• Výskumníci monitorovali „počítadlo“ neurálnych dôkazov – centro-parietálnu pozitivitu (CPP) – a dynamiku beta aktivity ľavej hemisféry (~20 Hz) ako marker prípravy na pohyb. Tieto signály boli porovnané s rozdelením reakčného času a výpočtovými modelmi.
• Zhrnutie: sluchové a vizuálne dôkazy sa hromadia v samostatných procesoch a keď sa detekujú redundantne, ich kumulatívny príspevok subaditívne (menej ako jednoduchý súčet) koaktivuje jeden prahový motorický proces – samotný „spúšťač“ akcie.

Dôležitým detailom je kontrola „nesynchronizovanosti“. Keď výskumníci zaviedli malú asynchrónnosť medzi zvukovými a vizuálnymi signálmi, model, v ktorom senzorické akumulátory najprv integrujú a potom informujú motorický systém, vysvetlil dáta lepšie ako akumulátory, ktoré proti sebe „pretekajú“. To posilňuje myšlienku, že senzorické prúdy prebiehajú paralelne, ale zbiehajú sa v jednom uzle motorického rozhodovania.

Prečo to potrebujete vedieť (príklady)

• Klinika a diagnostika. Ak sú senzorické akumulátory oddelené a motorický prah je spoločný, potom rôzne skupiny pacientov (s poruchami autistického spektra, ADHD, Parkinsonovou chorobou) môžu očakávať rôzne „uzly poruchy“ – v akumulácii, v konvergencii alebo v motorickom spúšťaní. To pomáha presnejšie navrhovať biomarkery a tréning pozornosti/reakcie.
• Rozhrania človek-stroj: Návrh výstražných signálov a multimodálnych rozhraní môže profitovať z optimálneho fázovania zvukových a vizuálnych signálov – aby bola koaktivácia motora rýchlejšia a stabilnejšia.
• Neurónové modely rozhodovania. Výsledky spájajú dlhodobé behaviorálne „kontroverzie“ (rasa vs. koaktivácia) so špecifickými EEG markermi (CPP a beta rytmus motorickej kôry), čím sa výpočtové modely približujú skutočnej fyziológii.

Ako to bolo urobené (metodika, ale stručne)

• Paradigmy: redundantné (reagujú na akúkoľvek modalitu) a konjunktívne (reagujú iba na obe naraz) – klasická technika, ktorá umožňuje „zvážiť“ príspevok každej senzorickej vetvy. Plus samostatný experiment s danou asynchrónnosťou medzi zvukom a videom.
• Neurosignály:
  • CPP - „supramodálny“ index akumulácie senzorických dôkazov až do prahovej hodnoty;
  • Pokles beta v ľavej motorickej kôre je ukazovateľom prípravy na pohyb. Porovnanie ich časových profilov ukázalo rôzne amplitúdy CPP pre sluchové a vizuálne ciele (znak samostatných akumulátorov) a spoločný pohon beta mechanizmu (znak spoločného motorického prahu).
• Simulácia: spoločné fitovanie behaviorálnych distribúcií RT a dynamiky EEG. Model s integráciou senzorických akumulátorov pred motorickým uzlom zvíťazil v porovnaní, najmä v prítomnosti asynchrónie.

Čo to mení v obraze mozgu?

• Multimodalita ≠ „zmiešaj a zabudni“. Mozog nezhromažďuje všetky dôkazy do jedného hrnca; uchováva si paralelné záznamy naprieč kanálmi a integrácia prebieha bližšie k akcii. To vysvetľuje, prečo multimodálne signály zrýchľujú reakčný čas – súčasne aktivujú rovnaký motorický signál.
• Subaditivita je normou. „Súčet“ senzorických vstupov je menší ako jednoduchá aritmetika, ale stačí na rýchlejšie dosiahnutie motorického prahu. Cieľom rozhrania teda nie je „pridať hlasitosť a jas“, ale synchronizovať konvergenciu.
• Most medzi psychofyzikou a neurofyziológiou: Staré behaviorálne „redundantné signály“ dostávajú mechanistické vysvetlenie prostredníctvom CPP a beta markerov.

Obmedzenia a ďalší krok

• Vzorkou sú zdraví dospelí v laboratórnych úlohách; ďalšou fázou sú klinické závery. Testy sú potrebné u pacientov a v prirodzenom multimodálnom prostredí.
• EEG poskytuje vynikajúci časový, ale obmedzený priestorový obraz; je logické ho doplniť MEG/invazívnou registráciou a efektívnymi modelmi prepojenia.
• Teória predpovedá, že tréning načasovania audiovizuálnych podnetov by mal selektívne zlepšiť motorickú fázu bez zmeny senzorických akumulátorov – ide o testovateľnú hypotézu v aplikovaných úlohách (šport, letectvo, rehabilitácia).

Zhrnutie

Mozog si uchováva samostatné „počítadlá“ pre zrak a sluch, ale rozhoduje sa jedným tlačidlom. Pochopením toho, kde presne dochádza k „prevodu“ senzorických informácií do akcie, môžeme presnejšie upravovať diagnostiku, rozhrania a rehabilitáciu – od pilotných prilieb až po telemedicínu a neuroedukáciu pozornosti.

Zdroj: Egan, JM, Gomez-Ramirez, M., Foxe, JJ a kol. Rozdielne zvukové a vizuálne akumulátory koaktivujú motorickú prípravu pre multisenzorickú detekciu. Nat Hum Behav (2025). https://doi.org/10.1038/s41562-025-02280-9