Ученые обнаружили нейронную цепь, которая заставляет нас менять решение за секунду
Группа нейробиологов из Массачусетского технологического института обнаружила нейронную цепь, которая связывает одну из ключевых структур промежуточного мозга — таламус — с фронтальной корой. Подушка таламуса постоянно сопоставляет текущую информацию с тем, что было мгновение назад, и отправляет эти данные в кору, где формируется окончательное решение. Открытие позволит глубже изучить процесс развития аутизма, при котором этот механизм передачи сигналов нарушен. Исследование опубликовано в журнале Science.
Зачем ученые заставили мышей «играть» в видеоигру
Каждый раз, входя в знакомую комнату, вы почти мгновенно замечаете, изменилось ли в ней что-то. Это ощущение возникает благодаря работе в головном мозге специального механизма, который сравнивает свежий зрительный образ с его недавней копией, хранящейся в памяти. До сих пор считалось, что за подобное сравнение отвечают отделы коры больших полушарий, но исследование экспертов из Массачусетского технологического института показывает, что это не так. Ключевая роль работе механизма принадлежит образованию в таламусе — пульвинару.
Это выяснилось в ходе эксперимента над грызунами. Ученые под руководством профессора Мриганки Сура создали для мышей видеоигру. Животные смотрели на экран, по которому хаотично двигались точки. Часть из них смещалась влево или вправо. Если мышь правильно определяла направление движения и облизывала нужный указатель на точке, ее ждала награда. Ошибка вызывала вспышку «белого шума». Постепенно сложность видеоигры повышали до тех пор, пока направление движения точек невозможно было предсказать.
Эксперимент показал, что когда траектория движения точек повторялась, грызуны, правильно ее определявшие, с высокой вероятностью повторяли действия, которые приносили им награду. Если направление движений резко менялось, менялась и тактика животных: после нескольких неудачных попыток мыши начинали искать новые варианты.
Что показал анализ мозга грызунов
У мышей нет пульвинара, но его функции выполняет аналогичная структура. Чтобы проверить, какая область мозга отвечает за сопоставление прошлой и актуальной информации, исследователи внедрили в клетки этой гомологической структуры светочувствительный белок. Затем во время игры ученые подавали лазерный импульс на окончания волокон. Подсветка левой стороны делала мышей менее склонными выбирать правое направление. Стимуляция правой давала противоположный эффект.
Ученые отследили активность 1035 окончаний пульвинара и 126 нейронов в коре. Первые четко кодировали направление и силу движения точек, причем их сигнал усиливался, если текущая картинка сильно контрастировала с предыдущей. Однако они не предсказывали, какой указатель движения оближет мышь. Зато активность нейронов коры, куда этот сигнал передавался, коррелировала с действием грызуна.
«Пульвинар не принимает решение сам, — поясняет ведущий автор исследования Йи Нинг Леоу. — Он отправляет в кору скорректированную сенсорную оценку, а кора уже выбирает, как поступить».
Исследователи подчеркивают, что их открытие может пролить свет на механизмы возникновения аутизма. Согласно некоторым гипотезам, при этом расстройстве мозг иначе использует предшествующий опыт для интерпретации текущих сигналов. Однако пока работа выполнена только на мышах. Насколько ее выводы применимы к человеку — открытый вопрос. Кроме того, остается загадкой, как именно кора превращает полученную информацию в конкретное действие — и всегда ли такая стратегия ведет к оптимальным решениям. Чтобы ответить на эти вопросы, потребуются новые исследования.
