Ваші зіниці швидко розширюються, коли ви потрапляєте в темну кімнату, щоб впустити більше світла і допомогти вам бачити. Коли ви повертаєтеся в яскраві умови, вони відповідно звужуються.

Цей рефлекс добре відомий, але розширення зіниць може також відбуватися з інших, менш очевидних причин.

Коли ми здивовані, наприклад, наші зіниці можуть розширюватися, ніби ми раптово опинилися в темряві, що є частиною тимчасової реакції збудження, функція та поведінкові ефекти якої залишаються погано зрозумілими.

У новому дослідженні вчені пролили світло на зв'язок між здивуванням і розміром зіниць, виявивши докази того, що розширені зіниці – і ширша реакція збудження, яку вони сигналізують – можуть відігравати ключову роль у допомозі нам реагувати на несподівані події.

Після здивування, здається, мозок переходить у режим "оновлення", а розширені зіниці слугують одним з найбільш помітних зовнішніх знаків, пояснює співавтор дослідження Мэтт Насар, доцент нейробіології та когнітивних і психологічних наук в Університеті Брауна.

"Розширення зіниць сигналізує про сплеск збудження, і наші результати підтримують ідею, що ці швидкі коливання збудження виконують корисну функцію в мозку", – говорить Насар.

"Вони дозволяють нам справлятися з світом, який часто змінюється з одного контексту в інший".

Дослідження показали, що розширення зіниць є більш складним, ніж здається, і може відображати ряд внутрішніх деталей, які виходять за межі загальновідомої асоціації з зовнішнім освітленням.

Ваші зіниці можуть розширюватися у відповідь на когнітивні зусилля, фізичне навантаження або емоційне збудження, наприклад, або через певні ліки. Їхній розмір також може розкрити підказки про те, що ви уявляєте або які спогади ви переглядаєте під час сну.

Зіниці також регулярно змінюють розмір у координації з диханням, зазвичай розширюючись під час видиху і звужуючись на початку вдиху.

Коливання збудження після здивування частково регулюються locus coeruleus, невеликою групою нейронів у стовбурі мозку. Ця структура є нашим основним джерелом норепінефрину, нейромедіатора і гормону, що бере участь у реакції "бийся або тікайте".

Ця структура часто активується після несподіваної події, демонструючи підвищену активність, яка корелює зі змінами розміру зіниць і з певними мозковими хвилями, які можна виявити за допомогою електроенцефалографії (ЕЕГ).

Дослідження раніше виявили докази сплесків норепінефрину та інших маркерів збудження після несподіваних подій, зазначає Насар, проте досі неясно, яку функцію вони виконують і як можуть впливати на поведінку.

Щоб дослідити це, Насар і його колеги залучили 63 здорових дорослих учасників для експерименту, в якому вони мали робити прогнози про кольорові стимули на екрані.

Екрани показували серію кольорових плям, учасники спочатку мали просто згадати, які кольори вони щойно бачили. Згодом вони перейшли до прогнозування, які кольори з'являться в наступному зображенні, на основі патернів, які вони вивчили з попередніх.

Під час цього дослідження вчені збирали фізіологічні дані – включаючи сигнали ЕЕГ і зміни в діаметрі зіниць – щоб вивчити, як мозок реагує на несподіваний поворот.

"Ми хотіли зафіксувати явище, пов'язане з двома основними ідеями про те, як система збудження впливає на поведінку", – говорить співавтор дослідження Гаррісон Марбл, асистент досліджень і менеджер у лабораторії Насара.

"Одна з них пов'язана з навчанням, а інша – з перцептивним упередженням".

Коли екрани показували несподівані кольори, які суперечили прогнозам, учасники дійсно демонстрували розширені зіниці, як показало дослідження, разом з підвищенням специфічних мозкових хвиль, пов'язаних з тимчасовим збудженням і активацією системи locus coeruleus/norepinephrine.

Ті, хто відчував цю реакцію, здається, отримували вигоду, демонструючи відповідні корекції в навчанні та зменшене перцептивне упередження.

Учасники ставали більш упередженими, коли зображення відповідали їхнім прогнозам, але побачивши несподіване зображення, вони, здавалося, виходили з цього ритму. Дані про зіниці та мозкові хвилі свідчать про те, що вони вчилися на несподіванках і використовували це для формування майбутніх прогнозів.

Це може функціонувати як механізм оновлення для мозку, допомагаючи нам позбутися застарілих очікувань і готуючи нас до навчання нових.

"Мозок тримає деякий ментальний контекст, а потім, коли він розуміє, що ви в новій ситуації, ви замінюєте цей контекст. Зміни в діаметрі зіниць, а також специфічні показники ЕЕГ є зовнішніми маркерами мозку, які показують, що він завантажує цей новий контекст", – говорить Насар.

"Це обмежує вплив, який попередній контекст мав на сприйняття, і також забезпечує чистий аркуш, не обтяжений попередніми очікуваннями, що дозволяє навчатися швидше", – додає він.

Дослідження було опубліковане в Nature Human Behaviour.