Как расшифровать сигналы зрачка: новый метод анализа тонических и фазовых компонентов

Введение в пупиллометрию

Изменение диаметра зрачка (pupil diameter, PD) — это физиологический показатель, широко используемый в психологии и нейробиологии. Еще в середине XX века было обнаружено, что реакция зрачка связана с когнитивными процессами, такими как нагрузка на память (Kahneman & Beatty, 1966). С тех пор зрачковый сигнал изучался в контексте эмоций (Bradley et al., 2008), принятия решений (Gee et al., 2017) и даже обработки языка (Zellin et al., 2011).

Нейробиологические основы

Мышцы радужной оболочки контролируются двумя путями:

• Парасимпатический путь: Быстрое сужение зрачка в ответ на свет, опосредованное ацетилхолином через ядро Эдингера-Вестфаля.
• Симпатический путь: Расширение зрачка при психосенсорной стимуляции, регулируемое норадренергическими (NE) проекциями из голубого пятна (locus coeruleus, LC) и гипоталамуса.

Адаптивная теория усиления (AGT)

Согласно AGT, голубое пятно работает в двух режимах:

«Тоническая активность (постоянная) и фазовые всплески (кратковременные) модулируют чувствительность корковых вычислений, оптимизируя поведение» (Aston-Jones & Cohen, 2005).

Изменения PD коррелируют с активностью LC, что подтверждено исследованиями на приматах (Joshi et al., 2016) и фМРТ-данными у людей (Murphy et al., 2014).

Новый метод анализа

Предлагаемый алгоритм разделяет сигнал зрачка на:

• Тонический компонент: Медленные колебания, отражающие общий уровень активации.
• Фазовый компонент: Кратковременные реакции на стимулы.

Применение в реальных экспериментах

Метод протестирован на данных задачи с ритмичным нажатием клавиш (Alexandersen et al., 2022). Результаты показали:

• Более точную связь с самоотчетами о "блуждании ума".
• Четкие нейронные корреляты в мозжечке и префронтальной коре.

Ограничения и перспективы

Алгоритм не учитывает:

• Изменения освещенности.
• Отрицательные изменения размера зрачка.

В будущем планируется включить анализ пропущенных данных и учет экспериментальных условий.