Как нейронные цепи управляют выражением лица

Когда ребенок улыбается вам, практически невозможно не улыбнуться в ответ. Эта спонтанная реакция на выражение лица является частью взаимодействия, которое позволяет нам понимать эмоции и психические состояния друг друга.

Лица настолько важны для социального общения, что мы развили специализированные клетки мозга только для того, чтобы распознавать их, как обнаружил Винрих Фрайвальд из Университета Рокфеллера. Это лишь одно из множества новаторских открытий, сделанных ученым за последнее десятилетие и которые значительно продвинули нейробиологию восприятия лиц.

Теперь он и его команда из Лаборатории нейронных систем обратили свое внимание на аналог восприятия лица: выражение лица. Как нейронные цепи в мозге и мышцах лица работают вместе, например, при формировании улыбки, до сих пор оставалось в значительной степени неизвестным. Как они опубликовали в журнале Science, команда Фрейвальда обнаружила двигательную сеть лица и нейронные механизмы, которые поддерживают ее работу.

В этом первом систематическом исследовании нейронных механизмов контроля движений лица они обнаружили, что в кодировании различных типов мимических жестов участвуют как низшие, так и высшие уровни мозга, что противоречит давним предположениям. Долгое время считалось, что эти действия разделены: эмоциональные проявления (например, ответная улыбка) происходят в медиальной лобной доле, а произвольные действия (например, еда или речь) в латеральной лобной доле.

"Мы хорошо понимали, как воспринимаются мимические жесты, но теперь мы гораздо лучше понимаем, как они генерируются", - говорит Фрейвальд, чьи исследования поддерживаются Семейным центром социального мозга Прайсов в США. Рокфеллер.

"Мы обнаружили, что все регионы участвуют во всех типах мимических жестов, но действуют в своих собственных временных рамках, что позволяет предположить, что каждый регион уникально подходит для выполняемой им "работы", - говорит соавтор Джина Янни, бывший сотрудник лаборатории Фрейвальда и ординатор неврологии в больнице Пенсильванского университета.

Откуда берутся выражения лица

Наша потребность общаться посредством мимики укоренилась глубоко — фактически, в стволе мозга. Именно там расположено так называемое лицевое ядро, в котором находятся мотонейроны, управляющие мышцами лица. Они также проецируются на несколько областей коры, включая различные области лобной коры, что способствует как двигательной функции, так и сложному мышлению. 

Нейроанатомические исследования показали, что в коре головного мозга имеется множество областей, которые имеют прямой доступ к мышцам выражения лица (уникальная особенность приматов), но то, как каждый из них конкретно вносит свой вклад, остается в значительной степени неизвестным. Исследования людей с поражениями головного мозга показывают, что разные области могут кодировать разные движения лица. Например, когда люди повреждают латеральную лобную кору, они теряют способность совершать произвольные движения, например говорить или есть, в то время как поражения медиальной лобной коры приводят к неспособности спонтанно выражать эмоции, например, отвечать на улыбку.

Они теряют не способность двигать мышцами, а лишь способность делать это в определенном контексте».

Винрих Фрейвальд, Рокфеллеровский университет

"Мы задавались вопросом, могут ли эти регионы внести уникальный вклад в выражение лица? Оказывается, никто на самом деле это не исследовал", - говорит Янни.

Приняв инновационный подход, разработанный лабораторией Фрайвальда, они использовали фМРТ-сканер для визуализации мозговой активности макак, пока они выражают мимику. При этом они обнаружили три области коры, которые имеют прямой доступ к лицевой мускулатуре: поясную моторную кору (расположенную медиально), первичную и премоторную кору (расположенную латерально), а также соматосенсорной коры.

Составление карты сети

Используя эти методы, они смогли составить карту лицевой моторной сети, состоящей из нейронной активности различных областей лобной доли — латеральной первичной моторной коры, вентральной премоторной коры и медиальной поясной двигательной коры — и первичной соматосенсорной коры в теменной доле.

Используя эту целевую карту, исследователи смогли Чтобы затем записать нейронную активность в каждой области коры, пока обезьяны производили мимику, исследователи изучили три типа мимических движений: угрожающее, поглаживание губ и жевание. Угрожающий взгляд макаки предполагает взгляд прямо перед собой с открытой челюстью и оскаленными зубами, а поглаживание губ предполагает быстрое сморщивание губ и прижатие ушей к черепу. Это социально значимые, контекстуально специфичные жесты лица, которые макаки используют для навигации по социальным взаимодействиям. но добровольно