Мозг и мимика: как нейроны влияют на изменение эмоций на лице
Когда младенец улыбается взрослому, почти невозможно не ответить тем же. Это движение лица происходит само собой, без расчёта. В такие моменты люди мгновенно считывают эмоции друг друга, даже не задумываясь, как именно это делает мозг. Лицо становится главным языком общения задолго до слов. И хотя всем кажется, что улыбка — это простое движение мышц, нейробиологи давно подозревали: за этим стоит сложная система, о которой известно гораздо меньше, чем о восприятии лиц.
В последние годы учёные подробно изучали, как мозг распознаёт лица. Для этого даже были найдены специальные клетки, заточенные под такую задачу. Но гораздо более загадочным оставался другой вопрос: как мозг создаёт выражения лица. Каким образом нейронные цепи и мышцы работают вместе, чтобы человек улыбнулся, нахмурился или выразил удивление. До недавнего времени это была почти белая зона на карте нейронауки.
Исследовательская группа из университета Рокфеллера решила закрыть этот пробел. Учёные сосредоточились на том, как мозг управляет движениями лица. Их работа стала первой системной попыткой разобрать этот механизм целиком. И результаты оказались неожиданными. Раньше считалось, что эмоциональные выражения и произвольные движения лица рождаются в разных участках лобной доли. Одни зоны отвечают за спонтанную улыбку в ответ на другого человека. Другие — за движения во время речи или еды. Новые данные показали, что это разделение слишком упрощённое. В работе участвуют все эти области одновременно, просто каждая делает это в своём темпе.
Руководитель исследования поясняет, что раньше наука хорошо понимала, как мозг воспринимает лицевые жесты. Теперь стало ясно, как они создаются. Его коллега добавляет, что все зоны мозга включаются в разные виды мимики, но работают на разных временных скоростях. Одни нейроны реагируют почти мгновенно. Другие действуют медленно и устойчиво. В итоге выражение лица складывается как оркестр, где каждый инструмент вступает в свой момент.
Чтобы добраться до сути, учёные спустились глубже — к стволу мозга. Именно там находится ядро, которое управляет мотонейронами лицевых мышц. Эти клетки напрямую посылают команды мышцам. Но при этом они получают сигналы из нескольких областей коры, в том числе из лобных зон, связанных не только с движением, но и с мышлением. Такая архитектура делает систему уникальной. У приматов есть несколько корковых областей, которые напрямую управляют лицом. Но до сих пор никто не понимал, какую роль каждая из них играет.
Клинические наблюдения давно намекали на разницу. Люди с повреждениями боковых зон лобной коры теряют способность произвольно двигать лицом, например говорить или жевать. А при поражении медиальных областей исчезает способность спонтанно выражать эмоции, например автоматически улыбаться в ответ. При этом сами мышцы остаются рабочими. Проблема лишь в контексте включения движений. Это заставило исследователей задуматься: возможно, разные зоны вносят уникальный вклад, но не действуют изолированно. Чтобы проверить это, команда использовала сканирование мозга у макак. Животным предъявляли различные стимулы, вызывающие выражения лица. Это были реальные взаимодействия с другими макаками, видео, а также цифровые аватары. Учёные фиксировали активность мозга в момент, когда животное угрожающе раскрывает пасть, делает социальный жест чмоканья губами или просто жуёт пищу. Первые два движения несут социальный смысл. Последнее — обычное произвольное действие без эмоциональной окраски.
Так удалось построить карту лицевой моторной сети, в которую вошли боковая моторная кора, премоторные зоны, медиальная поясная область и соматосенсорная кора. Затем исследователи сопоставили активность нейронов с движениями конкретных частей лица: глаз, бровей, верхней и нижней губы, нижней челюсти и ушей. Картина оказалась сложной, но логичной: все области участвуют и в эмоциональных, и в произвольных движениях. Однако каждая зона работает в своём ритме. Боковые области дают быстрые импульсы, меняющиеся за доли секунды. Медиальные — создают медленные и устойчивые паттерны. Вместе они формируют выразительное движение.
Параллельный анализ показал, что эта сеть не разделена на независимые маршруты. Напротив, все области связаны между собой и постоянно подстраивают координацию под конкретное движение. Исследователи подчёркивают, что лицевой контроль — система гибкая и динамичная, а не набор параллельных проводов, как предполагали раньше. Это подчёркивает, насколько тонко мозг управляет социальной коммуникацией.
Лицо человека отражает его внутренний мир так же ясно, как зеркало отражает свет.
Лев Толстой
Учёные хотят изучить одновременно восприятие лиц и их выражение, чтобы понять, где именно внутри мозга рождается чувство эмоции между сигналом восприятия и моторной реакцией. Это одна из самых острых дискуссий в нейронауке. Исследователи предполагают, что где-то между зонами восприятия и моторными областями находятся центры эмоциональных состояний. Их поиск может объяснить, как рождается переживание радости, страха или сопереживания. Есть и практическая сторона: понимание лицевой моторной сети может помочь развитию нейроинтерфейсов. Уже существуют системы, которые считывают сигналы мозга и переводят их в движение руки или роботизированной конструкции. Но расшифровка коммуникации остаётся намного более трудной задачей. Лицо — главный инструмент общения. Если удастся научиться декодировать сигналы лицевой мимики прямо из мозга, это может помочь людям, потерявшим возможность говорить после травм или заболеваний.
Учёные надеются, что результаты приблизят создание более естественных искусственных систем общения, которые смогут возвращать пациентам возможность выражать эмоции. Ведь без мимики человеческая коммуникация становится бедной и плоской. И теперь у науки появился шанс восстановить этот язык там, где он был утрачен.
