Найдены клетки мозга, настроенные на неопределенность
Мозг — величайшая научная загадка, которая не будет полностью изучена, вероятно, никогда. Тем не менее прогресс достигнут, и весьма ощутимый. Нейробиологи утверждают, к примеру, что расшифровали, как мы принимаем решения.
Теперь наука продвинулась еще дальше. В опытах на крысах ученые из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA) нашли нейроны, специализирующиеся на решениях в условиях неопределенности. Об открытии они сообщили в Nature Communications.
«Если бы мы обладали полным знанием о том, что произойдет, не нужно было бы учиться, и не пришлось бы адаптировать свое поведение. Но так бывает редко. Мы обнаружили эти клетки, настроенные на неопределенность, в орбитальной области фронтальной коры, и считаем, что они необходимы для обучения», — говорит профессор Алисия Искьердо с факультета психологии UCLA.
Орбитофронтальная кора расположена в мозге прямо над глазами как у людей, так и у крыс, и активна, когда мы испытываем эмоции, чувствуем вкусы и запахи, получаем позитивное вознаграждение за наши решения. Нейробиологи установили, что она также участвует в гибком обучении с подкреплением. Гибким оно считается, когда мы не знаем, какой выбор приведет к награде. Такой процесс мотивирует упорно проходить через разочарование или негативные результаты неправильного выбора до тех пор, пока не будет усвоен правильный урок.
Жертвы науки
Поскольку орбитофронтальная кора содержит несколько типов нейронов, пришлось разработать способ избирательного наблюдения за пирамидальными клетками, которые активировались, когда крысы выполняли задачи на гибкое обучение с подкреплением, например, касались нужных точек на сенсорном экране, чтобы получить пищевое вознаграждение. В мозг им ввели маркер ионов кальция, широко используемый для нейровизуализации, и модифицированный вирус, экспрессирующий синтетические рецепторы для работы в качестве выключателей; в череп вставили лампочку и камеру. Иными словами, чтобы нам понять, как мы принимаем решения, подопытным бедолагам пришлось понести изрядные издержки.
Усложнение задач, которые выполняли крысы, сопровождалось снижением доли ответов, за которые положено вознаграждение — то есть нарастала неопределенность. На самом сложном этапе был только 70% шанс получить награду, а при другом выборе — всего 30% шанс заработать вознаграждение. Такая тактика помогла легко идентифицировать нейроны, которые «загорались», когда животные принимали решения.
Гибкий механизм
«Крыса должна постоянно адаптироваться к меняющейся среде. Все это означает, что крыса учится выбирать один из двух вариантов, причем правильный вариант постоянно меняется. Поэтому, как только крыса обнаруживает правильный вариант, она будет снова и снова выбирать его. А затем после определенного количества попыток условия меняются, чтобы крыса постоянно оставалась вовлеченной, вместо того чтобы просто найти одну стратегию и следовать ей снова и снова. Мы обнаружили субпопуляции нейронов в этой конкретной области фронтальной коры, которые, кажется, проявляют больший интерес к задаче по мере роста неопределенности», — объясняет первый автор Хуан Луис Ромеро-Соса.
Инактивация орбитофронтальной коры блокирующим препаратом ухудшила эффективность обучения.
«Крысы реже делали лучший выбор, — уточняет Ромеро-Соса. — Мы также обнаружили снижение адаптивных поведенческих стратегий. Обычно это означает: если я получаю за награду за свой выбор, я сделаю его снова. Когда мы инактивировали орбитофронтальную кору, такого поведения было меньше — похоже, эта блокировка мешает выработке хорошей стратегии».
«В ходе эксперимента крысы становятся настоящими экспертами в своей задаче, но тут есть такое противодействие или скорее баланс между способностью адаптироваться и быть точным. Если мы хотим быть гибкими, то не можем быть слишком точными, и наоборот. Эти эксперименты показывают динамическое взаимодействие между овладением мастерством и одновременной адаптацией к неопределенности. Другая область мозга, которую мы изучали — вторичная моторная кора, — напротив, показала повышенную активность в ответ на определенность, а не на неопределенность», — добавляет Искьердо.
Зачем это нужно
Предки крыс и людей эволюционировали в средах, где необходимость приобретения опыта должна была уравновешиваться с адаптацией к неопределенности, и исследователи полагают, что многие животные также обладают нейронами, настроенными на условия неопределенности. Если эти выводы в конечном итоге подтвердятся на людях, это может открыть новые пути для целевого лечения тех клеток, которые были либо полностью повреждены, либо просто хуже работают у людей, которые с трудом адаптируются к неопределенности — при таких состояниях, например, как тревожные расстройства, ПТСР и деменция.
