„Dva čítače – jedno řešení“: Jak mozek kombinuje zvuk a obraz, aby stiskl tlačítko rychleji

Když se v trávě ozývá šustění a mihotavý stín, reagujeme rychleji, než kdyby se ozval jen zvuk nebo záblesk. Klasika. Ale co se přesně děje v mozku v těchto zlomcích sekund? Nový článek v časopise Nature Human Behaviour ukazuje, že zrak a sluch shromažďují důkazy odděleně a v okamžiku rozhodnutí jejich „součet“ spustí jeden motorický spouštěč. Jinými slovy, v hlavě jsou dva senzorické akumulátory, které společně aktivují jeden motorický mechanismus.

Pozadí

Jak mozek dělá rychlá rozhodnutí v „hlučném světě“ zvuků a obrazů, je staletí starou otázkou, ale bez jasné odpovědi. Od konce 19. a 20. století je v psychofyzice znám „efekt redundantních signálů“ (RSE): pokud je cíl prezentován současně ve dvou modalitách (například záblesk a tón), reakce je rychlejší než u jediného signálu. Spor se týkal mechanismu: „závodu“ nezávislých kanálů (závodního modelu), kde vítězí nejrychlejší senzorický proces, nebo koaktivace, kde se důkazy z různých modalit ve skutečnosti sčítají před spuštěním reakce. Formální testy (jako Millerova nerovnost) pomohly na behaviorální úrovni, ale neukázaly, kde přesně k „záhybu“ dochází – na straně senzorických akumulátorů, nebo již u motorického spouštěče.

Během posledních 10–15 let neurofyziologie nabídla spolehlivé markery těchto latentních stádií. Nejvýznamnější je centroparietální pozitivita (CPP), supramodální EEG signál „akumulace k prahu“, který dobře odpovídá driftově-difúzním modelům rozhodování, a beta redukce (~20 Hz) v levé motorické kůře jako index přípravy na pohyb. Tyto signály umožnily propojit výpočetní modely se skutečnými mozkovými okruhy. Klíčové mezery však přetrvávají: jsou zvukové a vizuální důkazy akumulovány v jednom nebo dvou samostatných akumulátorech? A existuje jeden motorický práh pro multimodální rozhodování, nebo je každá modalita „posouzena“ podle samostatných kritérií?

Další komplikací je načasování. V reálných podmínkách dochází k mikrosekundovým až milisekundovým desynchronním odchylkám mezi zrakem a sluchem: i mírný časový posun může maskovat skutečnou architekturu procesu. Proto jsou zapotřebí paradigmata, která současně řídí pravidlo odezvy (reagovat na jakoukoli modalitu nebo pouze na obě najednou), mění asynchronii a umožňují kombinovat behaviorální distribuce reakčních časů s dynamikou EEG markerů v rámci jednoho modelování. Právě tento přístup nám umožňuje rozlišit „sumaci senzorických akumulátorů s následným spuštěním jednoho motoru“ od scénářů „závodu o kanály“ nebo „brzkého sloučení do jednoho senzorického proudu“.

Konečně existují praktické motivace nad rámec základní teorie. Pokud jsou senzorické akumulátory skutečně oddělené a motorický spouštěč je sdílený, pak v klinických skupinách (např. Parkinsonismus, ADHD, poruchy spektra) může úzké hrdlo spočívat na různých úrovních – v akumulaci, v konvergenci nebo v motorické přípravě. Pro rozhraní člověk-stroj a varovné systémy je fáze a načasování signálů kritické: správné fázování zvuku a obrazu by mělo maximalizovat společný příspěvek k motorickému prahu, a ne pouze „zvýšit hlasitost/jas“. Tyto otázky jsou kontextem nového článku v časopise Nature Human Behaviour, který zkoumá multimodální detekci současně na úrovni chování, dynamiky EEG (CPP a beta) a výpočetního modelování.

Co přesně zjistili?

• Ve dvou EEG experimentech (n=22 a n=21) účastníci detekovali změny v animaci bodů (zrak) a sérii tónů (sluch) stisknutím tlačítka buď při změně jedné z nich (redundantní detekce), nebo pouze při změně obou (konjunktivní detekce).
• Výzkumníci monitorovali „počítadlo“ nervových důkazů – centroparietální pozitivitu (CPP) – a dynamiku beta aktivity levé hemisféry (~20 Hz) jako marker přípravy na pohyb. Tyto signály byly porovnány s rozdělením reakčního času a výpočetními modely.
• Sečteno a podtrženo: sluchové a vizuální důkazy se hromadí v oddělených procesech a při redundantní detekci jejich kumulativní příspěvek subaditivně (méně než prostý součet) koaktivuje jeden prahový motorický proces – samotný „spouštěč“ akce.

Důležitým detailem je kontrola „nesynchronizace“. Když vědci zavedli malou asynchronnost mezi zvukovými a vizuálními signály, model, ve kterém senzorické akumulátory nejprve integrují a poté informují motorický systém, vysvětlil data lépe než akumulátory, které proti sobě „závodí“. To posiluje myšlenku, že senzorické proudy probíhají paralelně, ale sbíhají se v jediném uzlu pro rozhodování motorů.

Proč to potřebujete vědět (příklady)

• Klinika a diagnostika. Pokud jsou senzorické akumulátory oddělené a motorický práh je společný, pak různé skupiny pacientů (s poruchami autistického spektra, ADHD, parkinsonismem) mohou očekávat různé „uzly poruchy“ – v akumulaci, konvergenci nebo v motorickém spouštění. To pomáhá přesněji navrhovat biomarkery a trénink pozornosti/reakcí.
• Rozhraní člověk-stroj: Návrh výstražných signálů a multimodálních rozhraní může těžit z optimálního fázování zvukových a vizuálních signálů – aby byla společná aktivace motorů rychlejší a stabilnější.
• Neurální modely rozhodování. Výsledky propojují dlouhodobé behaviorální „kontroverze“ (rasa vs. koaktivace) se specifickými EEG markery (CPP a beta rytmus motorické kůry), čímž se výpočetní modely více přibližují skutečné fyziologii.

Jak to bylo provedeno (stručně metodologie)

• Paradigmata: redundantní (reagují na jakoukoli modalitu) a konjunktivní (reagují pouze na obě najednou) – klasická technika, která umožňuje „zvážit“ příspěvek každé senzorické větve. Plus samostatný experiment s danou asynchronií mezi zvukem a videem.
• Neurosignály:
  • CPP - „supramodální“ index akumulace senzorických důkazů až do prahové hodnoty;
  • Pokles beta v levé motorické kůře je ukazatelem přípravy na pohyb. Porovnání jejich časových profilů ukázalo různé amplitudy CPP pro sluchové a zrakové cíle (známka oddělených akumulátorů) a společný pohon beta mechanismu (známka společného motorického prahu).
• Simulace: společné fitování behaviorálních distribucí RT a dynamiky EEG. Model s integrací senzorických akumulátorů před motorickým uzlem zvítězil ve srovnání, zejména za přítomnosti asynchronie.

Co to mění v mozkovém obrazu?

• Multimodalita ≠ „smíchej a zapomeň“. Mozek nehází všechny důkazy do jednoho hrnce; uchovává paralelní záznamy napříč kanály a integrace probíhá blíže k akci. To vysvětluje, proč multimodální signály zrychlují reakční dobu – společně aktivují stejný motorický signál.
• Subaditivita je normou. „Součet“ senzorických vstupů je menší než jednoduchá aritmetika, ale stačí k rychlejšímu dosažení motorického prahu. Cílem rozhraní tedy není „přidat hlasitost a jas“, ale synchronizovat konvergenci.
• Most mezi psychofyzikou a neurofyziologií: Staré behaviorální „redundantní signály“ dostávají mechanistické vysvětlení prostřednictvím CPP a beta markerů.

Omezení a další krok

• Vzorkem jsou zdraví dospělí v laboratorních úlohách; dalším krokem jsou klinické závěry. Testy jsou nutné u pacientů a v přirozeném multimodálním prostředí.
• EEG poskytuje vynikající časový, ale omezený prostorový obraz; je logické jej doplnit MEG/invazivní registrací a efektivními modely konektivity.
• Teorie předpovídá, že trénink načasování audiovizuálních podnětů by měl selektivně zlepšovat motorickou fázi bez změny senzorických akumulátorů – jedná se o testovatelnou hypotézu v aplikovaných úlohách (sport, letectví, rehabilitace).

Shrnutí

Mozek si uchovává oddělené „počítadla“ pro zrak a sluch, ale rozhoduje se jedním tlačítkem. Pochopením, kde přesně dochází k „skládání“ senzorických informací do akce, můžeme přesněji upravovat diagnostiku, rozhraní a rehabilitaci – od pilotních přileb až po telemedicínu a neuroedukaci pozornosti.

Zdroj: Egan, JM, Gomez-Ramirez, M., Foxe, JJ a kol. Různé zvukové a vizuální akumulátory společně aktivují motorickou přípravu pro multisenzorickou detekci. Nat Hum Behav (2025). https://doi.org/10.1038/s41562-025-02280-9