Введение
Сенсорный шлюз описывает нейронные процессы фильтрации избыточных или нерелевантных стимулов из всего спектра стимулов окружающей среды, достигающих мозга. Также известный как "открытие" или "фильтрация", сенсорный шлюз предотвращает перегрузку информацией высших корковых центров мозга. Сенсорный шлюз может происходить в различных формах через изменения как восприятия, так и ощущения, на которые влияют такие факторы, как "уровень возбуждения, недавнее воздействие стимулов и избирательное внимание". Хотя сенсорный шлюз в значительной степени автоматичен, он также происходит в контексте обработки внимания, поскольку мозг избирательно ищет информацию, имеющую отношение к цели. Предыдущие исследования показали корреляцию между сенсорным шлюзом и различными когнитивными функциями, но пока нет убедительных доказательств, указывающих на то, что связь между сенсорным шлюзом и когнитивными функциями не зависит от модальности.
Эффект коктейльной вечеринки
Эффект вечеринки с коктейлями иллюстрирует, как мозг подавляет входящую информацию от стимулов окружающей среды, одновременно продолжая обрабатывать сенсорные данные от выделенного стимула. Этот эффект демонстрирует сенсорную фильтрацию в слухе, однако другие органы чувств также подвергаются аналогичному процессу, защищая первичные области коры головного мозга от перегрузки.
Нейронные области
Информация от сенсорных рецепторов поступает в мозг по нейронам и передается через синапсы в таламусе. Пульвинарные ядра таламуса играют ключевую роль во внимании и в фильтрации ненужной информации, осуществляя сенсорную фильтрацию. В ходе клинического исследования было установлено, что два стимула (S1 и S2) передаются в течение 500 мс между последовательными щелчками и с интервалом в 8 секунд между парами стимулов. S1 создает след памяти, который, предположительно, сохраняется в области гиппокампа, а S2 поступает позже для сравнения с первым стимулом, при этом подавляется, если не поступает новой информации. (Оба стимула, S1 и S2, обычно представляют собой слуховые стимулы, генерируемые аппаратами, используемыми для тестирования сенсорной фильтрации.) Пульвинарные ядра таламуса функционируют как фильтр, определяя, какая информация должна быть подавлена, а какая – направлена в дальнейшие корковые области. ЦНС (центральная нервная система), после того как пульвинарные ядра признают информацию нерелевантной, выступает в качестве важного ингибирующего механизма, предотвращающего поступление этой информации в высшие корковые центры. Сенсорная фильтрация опосредована сетью в мозге, включающей слуховую кору (AC), префронтальную кору, гиппокамп, а также обонятельную кору, которая участвует в феномене сенсорной фильтрации. К другим областям мозга, связанным с сенсорной фильтрацией, относятся миндалевидное тело, стриатум, медиальная префронтальная кора и область дофаминовых клеток среднего мозга (только GABAергические нейроны). Исследования сенсорной фильтрации в основном проводятся в корковых областях, где стимул сознательно идентифицируется, поскольку это менее инвазивный метод изучения сенсорной фильтрации. Исследования на крысах также показывают, что стволовая часть мозга, таламус и первичная слуховая кора играют роль в сенсорной фильтрации слуховых стимулов.
Парализованная парадигма
Пара кликов – это распространенная неинвазивная техника, используемая для измерения сенсорной фильтрации, разновидности вызванных потенциалов. При нормальной сенсорной фильтрации, если человек слышит пару кликов с интервалом менее 500 мс, второй клик подавляется, поскольку воспринимается как избыточный. Проявление фильтрации можно увидеть в волне P50, возникающей в мозге через 50 мс после клика. Низкие значения амплитуды волны P50 указывают на наличие сенсорной фильтрации. Высокие значения амплитуды волны P50 указывают на отсутствие сенсорной фильтрации. У людей с шизофренией амплитуда S2 снижается всего на 10–20%, в то время как у людей без шизофрении амплитуда S2 снижается на 80–90%.
Другие методы
Электроэнцефалография (ЭЭГ) и магнитоэнцефалография (МЭГ) используются для измерения мозговых реакций и являются распространенными методами изучения сенсорной фильтрации. Одним из типов ЭЭГ-измерений, используемых в исследованиях сенсорной фильтрации, является потенциал, связанный с событием (ERP). Исследования ЭЭГ в области сенсорной фильтрации показывают, что фильтрация начинается почти сразу после получения стимула. Исследования, проведенные с помощью позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ), показали, что повышенная потребность в фильтрации информации сопровождается усилением активности таламуса. Тестирование волны P50 – одно из множества исследований слуховых потенциалов, связанных с событиями.
Шизофрения
Большой интерес к исследованиям сенсорной фильтрации направлен на улучшение дефицитов у людей, диагностированных с шизофренией. У людей с шизофренией часто наблюдаются нарушения в подавлении нейронного ответа волны P50, что делает P50 наиболее распространенным методом диагностики. Тест проводится путем прослушивания пациентами двух одинаковых звуков с интервалом в 500 миллисекунд. Во время прослушивания звуков, с помощью ЭЭГ-колпака измеряется активность мозга в ответ на эти звуки. У здорового человека наблюдается снижение мозговой активности при прослушивании второго звука, в то время как у человека, демонстрирующего такую же мозговую активность, как и при первом звуке, вероятность наличия шизофрении выше. Поскольку люди с шизофренией часто испытывают перегрузку от значимых стимулов, волна P50 может играть ключевую роль в понимании сенсорной фильтрации на неврологическом уровне. Продолжающиеся исследования, требующие подтверждения, указывают на то, что система фильтрации действительно локализована в стволе мозга, что дает надежду на выявление неврологических причин шизофрении.
Посттравматическое стрессовое расстройство (ПТСР)
У людей с ПТСР также наблюдается нарушение сенсорной фильтрации. По сравнению с группами с генерализованным тревожным расстройством и контрольными группами, у людей с ПТСР проявляется повышенная сенсорная гиперактивность и ослабленная сенсорная ингибиция. Исследования влияния ПТСР на P50-фильтрацию дали неоднозначные результаты: одни обнаружили картину, схожую с шизофренией, другие – что эффект ограничен только слуховой стимуляцией, а третьи – не обнаружили эффекта вовсе. Также отмечалось нарушение фильтрации N100 и P200.