En illusion uppstår när vi ser och uppfattar ett objekt som inte stämmer överens med den sensoriska information som når våra ögon. I fallet med bilden nedan är den sensoriska informationen fyra Pac Man-liknande svarta figurer. Men det vi ser eller uppfattar är en vit fyrkant – det vill säga illusionen.
Kanizsa-kvadrat. Källa: Mabit1/Wikimedia Commons, CC BY-SA
I en ny studie publicerad i Nature Neuroscience har forskare från University of California, Berkeley, i samarbete med team från Allen Institute, identifierat den viktigaste nervkretsen och celltypen som spelar en avgörande roll för att upptäcka dessa illusioner – mer specifikt deras yttre kanter eller ”konturer” – och hur denna krets fungerar.
Hyeyoung Shin, Ph.D. (nu vid Seoul University), Hillel Adesnik, Ph.D., och deras team upptäckte en speciell grupp celler som kallas IC-kodande neuroner som talar om för hjärnan att se saker som inte finns där som en del av en process som kallas återkommande mönsterkomplettering.
”Eftersom IC-kodningsneuroner har denna unika förmåga att driva mönsterkomplettering tror vi att de kan ha specialiserad synaptisk utgångsanslutning som gör att de kan återskapa detta mönster på ett mycket effektivt sätt”, säger Shin.
”Vi vet också att de tar emot top-down-input från högre visuella områden. Illusionen uppstår först i högre visuella områden och matas sedan tillbaka till den primära visuella cortex; och när den informationen matas tillbaka tas den emot av dessa IC-kodare i den primära visuella cortex.”
Det är som när en chef ber en nyanställd att utföra en uppgift: instruktionerna kommer från en högre nivå och utförs sedan av personal på lägre nivå. I det här fallet skulle instruktionen vara att se eller uppfatta något som inte finns där.
I sammanhanget med hjärnan och synen – med hjälp av ovanstående formdiagram – tolkar högre nivåer i hjärnan bilden som en fyrkant och säger sedan till den lägre visuella cortex att ”se en fyrkant”, även om den visuella stimulansen består av fyra halvkompletta svarta cirklar.
Shin, Adesnik och deras team gjorde upptäckten genom att observera de elektriska hjärnaktivitetsmönstren hos möss när de visades illusoriska bilder som Kanizsa-triangeln. De sköt sedan ljusstrålar mot IC-kodningsneuronerna, i en process som kallas tvåfotonholografisk optogenetik, när det inte fanns någon illusorisk bild närvarande.
Kanizsa-triangeln. Källa: Mabit1/Wikimedia Commons, CC BY-SA
När detta hände märkte de att även i frånvaro av en illusion utlöste IC-kodande neuroner samma hjärnaktivitetsmönster som finns när en illusorisk bild var närvarande. De lyckades emulera samma hjärnaktivitet genom att stimulera dessa specialiserade neuroner.
Resultaten kastar ljus över hur det visuella systemet och perceptionen fungerar i hjärnan och har implikationer för sjukdomar där detta system inte fungerar som det ska. ”Vid vissa sjukdomar uppstår onormala aktivitetsmönster i hjärnan, och vid schizofreni är dessa relaterade till objektrepresentationer som dyker upp slumpmässigt”, säger Jerome Lecoq, Ph.D., biträdande forskare vid Allen Institute.
”Om man inte förstår hur dessa objekt bildas och hur en samlad grupp av celler samverkar för att få dessa representationer att dyka upp, kommer man inte att kunna behandla det. Därför är det hjälpsamt att förstå vilka celler och i vilket skikt denna aktivitet sker.”
Forskare inom Allen Institutes OpenScope-program – som gör det möjligt för externa forskare att föreslå experiment som kan genomföras med hjälp av institutets avancerade verktyg och utrustning – genomförde några av experimenten som ingick i denna studie. Deras arbete visade för första gången att hjärnaktivitetens ”återkopplingsloop” från högre nivåer i hjärnan som kommunicerar med lägre visuella områden (där IC-kodningsneuronerna fanns) förekommer hos möss.
”OpenScope gav teamet i Berkeley tillgång till unika elektrofysiologiska registreringar från hela hjärnan. Med sex Neuropixels-sonder fördelade över hjärnan kunde de se återkopplingslooparna i aktion med millisekundupplösning i realtid”, säger Lecoq.
Studieresultaten förändrar paradigmet för syn och perception från en passiv process där vi helt enkelt tar emot och ”tar in” information från omvärlden till en aktiv process där vår perception av verkligheten tolkas och konstrueras av en serie komplexa hjärnberäkningar som sedan påverkar vad vi faktiskt ser. Vår syn liknar mindre en kamera som bara visar världen som den är, och mer en datorskärm som visar oss en scen eller bild baserad på komplexa beräkningar och tolkningar av data baserade på tidigare erfarenheter.
Det senare innebär att det finns mycket mer utrymme att förhandla eller manipulera det vi faktiskt ”uppfattar”.
Mer information: Recurrent pattern completion drives the neocortical representation of sensory inference, Nature Neuroscience (2025). DOI: 10.1038/s41593-025-02055-5.
