«Система GPS» мозга переключается между настоящим и возможным будущим путем в реальном времени

By Вадим Вайтишин No comments

brain
                Кредит: CC0 Public Domain

Выживание часто зависит от способности животных принимать за доли секунды решения, основанные на воображении альтернативного будущего: если меня преследует голодный хищник, я пойду влево, чтобы благополучно добраться домой, или прыгну вправо, чтобы отвести хищника из моей семьи? Когда два пути расходятся в желтом лесу, что приведет меня к завтраку и которое приведет меня к завтраку? Оба выглядят примерно одинаково, но воображение имеет все значение.
                                                                                       

В исследовании крыс, перемещающихся по простому лабиринту, неврологи из Калифорнийского университета в Сан-Франциско обнаружили, как мозг может генерировать такие воображаемые будущие сценарии. Исследователи говорят, что эта работа дает новую основу для понимания не только того, как мозг принимает решения, но и того, как воображение работает в более широком смысле.

«Одна из самых удивительных способностей мозга — это воображать вещи, которые не находятся прямо перед ним», — говорит Лорен Франк, доктор философии, профессор физиологии и исследователь Медицинского института Говарда Хьюза в Центре UCSF для Интегративная Neuroscience, содиректор в UCSF Kavli Института фундаментальных Neuroscience, и член UCSF Weill Института нейронаук. «Воображение имеет основополагающее значение для принятия решений, но до сих пор нейробиология не дала хорошего объяснения того, как мозг генерирует воображаемые фьючерсы в реальном времени для информирования о различных типах повседневных решений, одновременно отслеживая реальность»./р>

В новом исследовании, опубликованном 30 января 2020, в <я> Ячейка, команда Франка были крысы исследовать М-образный лабиринт, во время записи возбуждения нейронов в гиппокампе под названием «место клетки», которые традиционно считаются отслеживающими местонахождение животного — как нейронная система GPS. Но когда крысы приблизились к развилке в лабиринте, исследователи обнаружили, что их активность клеточных клеток начала переключаться взад-вперед очень быстро — со скоростью восемь раз в секунду — между отображением текущего положения животного и его двух альтернативных будущих путей. как бы сказать: «А вот и я — иди налево? — А вот и я — иди направо?»

Команда также расширила этот вывод до другого типа воображаемого сценария. Кроме местоположения, также известно, что клетки места отслеживают направление движения животного. Команда обнаружила, что ячейки, представляющие противоположные направления движения, также могут очень быстро переключаться назад и вперед, словно говоря: «Я иду этим путем, но я также могу повернуться и пойти другим путем».

«Быстрое переключение клеток между существующим и возможным путями было безошибочным, потому что оно было настолько регулярным», — сказал доктор философии Кеннет Кей, доктор наук в Колумбийском университете, который руководил исследованием в аспирантуре Фрэнка. лаборатория «Было интересно наблюдать, потому что скорость плюс последовательность — это именно то, что нужно в любом количестве реальных условий, как для животных, так и для людей».

Колебания клеток места между настоящим и возможным будущим, по-видимому, не контролировали решения крыс о том, какой путь выбрать, но усилились, когда крысы приблизились к точке принятия решения, обнаружили Кей и его коллеги. Это дало понять исследователям, что роль гиппокампа в принятии решений может заключаться в создании «меню» воображаемых сценариев для других частей мозга, которые могут связать эти варианты с прошлым опытом их ценности или потенциальной опасности, а затем сделать соответствующее решение на основе текущих дисков-алчущим, или жаждущим, страшными или смелыми животного.

«Мы думаем, что это показывает, что гиппокамп отвечает не только за запись прошлого и обработку настоящего, но и за представление будущего», — сказал Фрэнк. «Это исследование — только первый шаг, но оно открывает для нас новые возможности для изучения того, как воображаемые сценарии генерируются и оцениваются в мозгу, когда животные принимают решения».

В исследовании предлагается новая концепция гиппокампа как источника воображения

Гиппокамп, структура в форме морского конька, обнаруженная на каждой стороне мозга глубоко в височных долях, является одной из наиболее интенсивно изученных частей мозга.

Повреждение гиппокампа, будь то травма головного мозга или такая болезнь, как болезнь Альцгеймера, лишает людей способности формировать новые воспоминания, что побудило ученых 20-го века описать гиппокамп как центр памяти мозга. В 1970-х годах ученые определили ячейки гиппокампа, которые спонтанно создают карты новых сред при изучении животных, а затем хранят эти карты для дальнейшего использования. Это открытие, которое было удостоено Нобелевской премии 2014 года по физиологии и медицине, побудило ученых признать, что гиппокамп также является навигационным центром, который отвечает, скажем, за то, что животное может вернуться обратно в то место, где оно помнит, как съели эти вкусные блюда. ежевика прошлым летом.

В соответствии с этим предыдущая работа Фрэнка и других авторов показала, что клеточная активность может воспроизводить недавние движения животного или даже предвидеть, куда животное может направиться дальше, но такая активность наблюдалась только периодически — обычно, когда животные отдыхали. или сделать паузу во время продолжающегося движения — как активно рассматривая их следующий шаг.

Новое исследование Cell является первым, чтобы показать, как клетки гиппокампа могут последовательно и систематически представлять различные гипотетические сценарии с течением времени. Такая система может позволить животным, находящимся в движении, принимать чрезвычайно быстрые решения в данный момент на основе этих воображаемых альтернатив, а также отслеживать текущую реальность животного, говорят исследователи. Это может даже сыграть роль в способности мозга генерировать гипотетические сценарии или мысли более широко.

«Регулярное переключение между настоящим и возможным — или фактическим и воображаемым — выглядит как надежная система для генерации множества идей, а не только для механического запоминания или предсказания», — сказал Кей. «Гиппокамп может быть корнем нашей способности воображать».

Добавить комментарий