Эмоции мышей определили по выражению морды

Ученые из Германии выяснили, что выражение морды мышей отражает их эмоциональное состояние. Для этого у животных вызывали эмоции сильными раздражителями и регистрировали изменение мимики на видео.

Эмоции мышей определили по выражению морды

Программная обработка видео позволила выделить шесть выражений морды, которые соответствовали таким базовым эмоциям как удовольствие, отвращение или страх. Стимуляция областей мозга, которые связаны с эмоциональными реакциями, вызывала изменение мускулатуры морды, соответствующее одной из эмоций. Статья опубликована в журнале Science.

Эмоции — это поведенческий, гормональный и вегетативный ответ организма на информацию из внешней среды, сигналы собственного тела и когнитивные процессы. Эмоции несут приспособительную функцию, однако до сих пор нам не до конца ясен механизм формирования эмоций в мозге. Причинно-следственные связи функционирования нейронов и поведенческих реакций удобно изучать на животных — для них доступно больше инвазивных методов, результаты которых более точны и детальны.

Но что такое эмоции животных, похожи ли они на человеческие и как их отличить? На эти вопросы у науки нет однозначного ответа. У людей и приматов универсальным индикатором эмоций является мимика. Возможно, и у других животных, например, у грызунов, движения мышц морды отражают эмоциональные реакции, но невооруженным глазом уловить выражение морды не так-то просто.

Немецкие ученые во главе с Нейцом Доленсеком (Nejc Dolensek) из Института нейробиологии Общества Макса Планка наблюдали за движениями мускулатуры лицевой части морды в ответ на ряд стимулов. Животных били током по хвосту, давали им попробовать сладкий сахар или горький хинин, делали инъекции хлорида лития, который вызывает недомогание, а также провоцировали активное и пассивное избегание. Авторы предполагали, что каждый из раздражителей будет вызывать определенный эмоциональный ответ.

При каждом стимуле выражение морды мышей заметно изменялось, это можно было увидеть и невооруженным глазом, однако надежно отличить состояния лицевых мышц не удавалось. Для того, чтобы количественно оценить реакции животных, авторы работы записывали их на камеру, зафиксировав голову мыши. Изображения затем переводили в дескрипторы гистограмм направленных градиентов — каждое видео оказывалось зашифрованным в отдельном векторе.

Чтобы проверить, можно ли определить эмоциональное состояние животного исключительно по выражению его морды, ученые использовали классификатор случайного леса. Его обучили на данных от трех животных, которых стимулировали каждым раздражителем по три раза. 30 кадров из каждого видео переводили в дескриптор гистограмм направленных градиентов. Затем проводили перекрестную проверку алгоритма.

Также ученые убедились, что изменение мускулатуры морды не было стереотипным рефлексивным ответом на раздражитель. Для этого проверили пять фундаментальных свойств эмоций. Первое — интенсивность — степень эмоции зависит от силы стимула. Значимость — эмоция зависит не от конкретного раздражителя, а от его значения для организма и направлена на то, чтобы либо привлечь животное к событию, либо оттолкнуть. Чтобы проверить это свойство, мышам давали попробовать раствор соли разной концентрации — слабый является приятным, а сильный — отталкивающим стимулом.

Следующее свойство — гибкость: сила эмоции зависит в том числе и от внутреннего состояния особи. Мышам давали пить воду или сладкий раствор, когда те испытывали жажду — ученые предполагали, что в этом случае животные будут сильнее проявлять удовольствие. Кроме того, эмоции должны отражать, предполагает ли особь, что раздражитель может ей навредить или, наоборот, быть полезен. То есть, при обучении, если стимул приобретает для животного новые свойства, эмоции по отношению к нему тоже должны меняться. Чтобы убедиться в этом, исследователи вводили мышам хлорид лития и одновременно давали сладкую воду — реакция на нее после такой процедуры должна была измениться. Наконец, поскольку эмоции отражают и внутреннее состояние организма, реакция на один и тот же стимул не может быть идентичной от попытки к попытке — это свойство называют вариабельностью эмоций.

Известны области мозга людей и животных, возбуждение в которых сопровождает эмоциональные состояния. Авторы предположили, что искусственная активация этих зон будет вызывать изменения выражения морды животного. Для проверки этой гипотезы с помощью методов оптогенетики стимулировали островковую кору и нейроны вентрального бледного шара.

Эпохи дескрипторов, описывающие выражения морды мышей непосредственно до раздражения, во время или сразу после него, были схожи между разными попытками или животными, но отличались для разных стимулов — в ответ на каждый раздражитель мускулатура морды изменялась строго определенным образом. Классификатор смог отличать эмоции разных животных по мимике с точностью до 90 процентов.

Ученые создали усредненный дескриптор для каждого раздражителя и предположили, что он описывает одну из следующих эмоций: удовольствие (вкус сахара), отвращение (вкус хинина), боль (раздражение хвоста), недомогание (инъекция хлорида лития), активное проявление страха (избегание) и пассивный страх (замирание). Эти дескрипторы действительно строго соответствовали отдельным выражениям морды, за исключением активного страха — проявление этой эмоции напоминало одновременно реакцию на горькое и боль.

Эмоции мышей определили по выражению морды
Прототипы выражений морды мыши, которые соответствуют шести основным эмоциям. Слева направо: отвращение, удовольствие, боль, страх, недомогание, готовность к бегству.

Мимика мышей отражала эмоции животных и проявляла пять свойств эмоций: интенсивность, значимость, гибкость, адаптивность и вариабельность. Так, при увеличении силы стимула выражение морды мышей все больше было похожим на универсальный дескриптор эмоции. Реакция животных на слабый раствор соли была ближе к удовольствию, а на сильный — к отвращению. После обучения с одновременным введением раствора лития эмоция мышей на сладкий раствор менялась с удовольствия на отвращение. Как у одной мыши от попытки к попытке, так и между разными особями, гримаса, которая отражала одну и ту же эмоцию, немного менялась по интенсивности, скорости и длительности.

Стимуляция передней островковой коры и вентрального бледного шара вызывала изменения лицевой мускулатуры, которые совпадали с эмоцией «удовольствие», а задней островковой коры — «отвращение». Получается, не только внешние раздражители, но и непосредственная активация зон мозга, которые связаны с эмоциями, вызывает соответствующее выражение морды животного.

Автор: Алиса Бахарева

Ссылка на источник

Просмотров
Всего:
600 | За месяц: 0 | За неделю: 0 | За сутки: 0