В мозге выявлен противодействующий нестандартному мышлению участок коры

Префронтальная кора — область мозга, которую связывают с обучением более гибким формам поведения — в некоторых случаях может, наоборот, препятствовать способности мыслить нестандартно, показали эксперименты в Университете Эмори. Их результаты изложены на страницах Science Advances.

«Это неожиданный результат. Мы показали, что в рамках одного конкретного естественного поведенческого сценария у мышей префронтальная кора мешает переходу к новой, более эффективной стратегии решения задачи. Чтобы выйти за рамки привычного шаблона, требуется подавить активность этого управляющего центра принятия решений», — пояснил профессор Роберт Лю, руководивший исследованием.

Животные, как и люди, стараются придерживаться так называемой стратегии успешного выбора win‑stay, которая уже приносила результат в прошлом. Ведущий автор работы Кай Лу из лаборатории Лю проводит аналогию с покером: в то время как новички сосредоточены в основном на математических вероятностях и ценности карт на руках и на столе, опытные игроки адаптируют стратегию в каждой конкретной партии, улавливая едва заметные сигналы соперников и учитывая возможность блефа. Если вернуться от азартных игр к нейробиологии — одна стратегия опирается преимущественно на память, другая в большей степени зависит от внешних сенсорных сигналов.

Обычно лабораторные эксперименты по изучению нейронных механизмов обучения делают акцент на формировании новых ассоциаций через подкрепление успеха или наказание за ошибку. Авторы же хотели сосредоточиться на процессах, происходящих в момент, когда мышь с нуля учится заменять привычную, избитую стратегию на более эффективную. Для этого они разработали эксперименты на основе естественного для мышей поведения — возвращения детенышей в гнездо.

Сыграли на материнских чувствах

«У самок есть врожденная стратегия поиска детенышей, вероятно, закрепленная эволюционно и подкрепленная опытом — они просто возвращаются туда, где в последний раз находили детеныша. Альтернатива ей — следовать за звуковым сигналом, который указывает, где сейчас находится мышонок», — объясняет Лю.

Ученые построили Т-образный лабиринт, в основании «буквы» поместили мамашу-мышь, а звуком ей сигнализировали, в каком конце «Т» — левом или правом — ее ожидает чадо, игравшее роль вознаграждения за правильный выбор.

Сначала самки возвращались в тот рукав, где в прошлый раз находили детеныша, — придерживались дефолтной стратегии win‑stay, независимо от того, откуда доносился звук. Однако после многократных попыток они постепенно меняли тактику — учились игнорировать неэффективную привычку, использовать звуковой сигнал, правильно выбирать сторону и быстрее находить мышонка. Половина из 12 взрослых самок освоила этот переход к четвертому дню, а к восьмому дню уже все мыши научились верно интерпретировать сигнал.

Мышам вживили электроды в мозг, чтобы регистрировать активность отдельных участков коры, а целенаправленное управление их работой реализовали хемогенетическими методами. Подавление слуховой коры ожидаемо ухудшило (хотя и не полностью блокировало) обучение звуковому сигналу. А вот подавление медиальной префронтальной коры, вопреки ожиданиям исследователей, ускорило переход к звуковой стратегии. Когда активность в этой области восстанавливали и эксперименты повторяли, мыши вновь возвращались к дефолтной стратегии.

Нейробиологи пришли к выводу, что медиальная префронтальная кора удерживает внимание на прошлом опыте или будущих планах, а это создает дополнительные трудности при формировании нового поведенческого паттерна.

А как у людей?

Кай Лу сравнивает это с необходимостью подавить внутренний диалог и сосредоточиться на звуке колокольчика для медитации. «Вместо того чтобы застревать в прошлом или думать о будущем, нужно научиться удерживать внимание на настоящем, здесь и сейчас», — считает он.

Сейчас лаборатория Лю продолжает эксперименты на мышах с измененными генами, которые соответствуют генетическим маркерам аутизма у людей. Эти исследования могут дать дополнительную информацию о роли медиальной префронтальной коры в нейроразнообразии.

Кроме того, ученые рассчитывают проверить свою модель на взрослых добровольцах с помощью неинвазивных нейрофизиологических методов — таких как транскраниальная магнитная стимуляция.

«В конечном счете на основании полученных данных о взаимодействии префронтальной коры и внешних стимулов мы хотели бы разработать терапевтический подход и проверить, может ли он быть полезен пациентам с когнитивными расстройствами, связанными с управляющими функциями», — заключил профессор.