Почему мозг иногда действует нелогично — показал его виртуальный двойник

Каждый день мы принимаем тысячи решений в условиях неопределенности. В большинстве случаев мы действуем наугад, но иногда учимся на опыте. Когда способность мозга оценивать контекст или правильно интерпретировать информацию нарушается, мысли и поведение могут сбиться с пути. Это проявляется при различных психических расстройствах — от синдрома дефицита внимания и гиперактивности до шизофрении.

«Неопределенность заложена в природе мозга. Представьте, что нейроны голосуют: одни оптимистично, другие пессимистично. Ваши решения — это среднее арифметическое.

Когда баланс нарушен, мозг может придавать слишком большое значение случайным событиям или застревать в ригидных схемах поведения», — объясняет Майкл Халасса, профессор нейробиологии 

Ученые создали модель CogLinks, которая имитирует работу мозга при решении когнитивных задач. Она объединяет данные о клетках животных, визуализацию человеческого мозга и поведенческие наблюдения, помогая понять, как нейронные сети принимают решения и адаптируются к новой информации.

Как мозг адаптируется к новым правилам

Когда исследователи ослабили виртуальную связь между префронтальной корой и медиодорсальным таламусом, модель CogLinks переходила на более медленное, привычное обучение. Это показало, что взаимодействие между этими областями критично для гибкости мышления. Результаты опубликованы в Nature Communications.

Чтобы подтвердить выводы, команда провела фМРТ-эксперимент: добровольцы играли в игру с неожиданно меняющимися правилами. Как предсказывала модель, префронтальная кора управляла планированием, стриатум — привычками, а медиодорсальный таламус активировался, когда игроки замечали смену правил и меняли стратегию.

«Мозг говорит на языке отдельных нейронов, а фМРТ фиксирует ток, а не импульсы клеток. CogLinks помогает преодолеть этот разрыв. Медиодорсальный таламус работает как коммутатор между гибким и привычным обучением, помогая мозгу переключаться в зависимости от контекста», — объясняет Майкл Халасса

Мозг действует «нелогично», когда нарушается баланс между его двумя основными системами обучения:

• гибкой, которая помогает подстраиваться под новые обстоятельства;

• и привычной, которая экономит усилия, полагаясь на уже выученные схемы поведения.

Ключевую роль в переключении между этими системами играет медиодорсальный таламус — глубокая область мозга, соединяющая префронтальную кору (центр планирования) и стриатум (центр привычек).

Когда эта связь ослабляется — как в эксперименте с моделью CogLinks — мозг теряет способность быстро адаптироваться. Он начинает действовать по старым шаблонам, даже если ситуация изменилась. Именно это и выглядит как нелогичное или иррациональное поведение.

Психиатрия будущего

Исследователи надеются, что CogLinks станет основой для «алгоритмической психиатрии», где компьютерные модели объясняют, как изменения нейронных цепей приводят к психическим расстройствам, и помогают идентифицировать биологические маркеры для точного подбора терапии.

«Один из главных вопросов психиатрии — как связать генетику с когнитивными симптомами. Многие мутации, связанные с шизофренией, затрагивают химические рецепторы по всему мозгу. CogLinks поможет понять, как такие изменения влияют на организацию информации и гибкость мышления», — отмечает Миен Брабиба Ванг, докторант MIT и соавтор исследования. 

Потенциал CogLinks

Модель позволяет исследовать не только нормальное обучение, но и сбои в работе мозга. Например, при шизофрении мозг может придавать чрезмерное значение случайным событиям, а при обсессивно-компульсивном расстройстве — застревать в повторяющихся шаблонах. CogLinks показывает, какие нейронные сети вовлечены, как они взаимодействуют и что происходит, когда связи ослаблены.

«Это как авиасимулятор для мозга: мы можем наблюдать, как "виртуальные пилоты" справляются с изменяющимися условиями, и видеть, где они сбиваются с курса», — заключает Халасса.