Животным критически важно уметь адаптироваться и действовать с определённой целью, чтобы выживать в условиях постоянно меняющейся окружающей среды.
С помощью новых методов оптической визуализации исследователи из Стэнфордского университета смогли лучше понять, как мозг млекопитающих управляет нейронной активностью для осуществления такого целенаправленного поведения. Исследование проводилось в рамках крупного проекта, изучающего процессы принятия решений, а результаты опубликованы в журнале Neuron.
Чтобы изучить биологические механизмы, которые координируют активность коры головного мозга в процессе произвольного поведения, учёные провели ряд экспериментов с трансгенными мышами (в геном которых искусственно введён ген другого организма). Мыши учились лакать воду при наличии одного запаха и воздерживаться от неё при другом запахе – они избегали струю воздуха, которую учёные подавали в клетку. Иначе говоря, животным требовалось быстро и избирательно выполнять конкретные действия в ответ на внезапные раздражители, чтобы достичь определённую цель — получить воду или отказаться от неё.
Выяснилось, что нейронные цепи и разные виды клеток, распределённые по неокортексу, играют роль даже в простейшем адаптивном поведении. Наравне с этим подтвердилось предположение, что префронтальная кора имеет ключевое значение в планировании и реализации такого поведения, тем самым поведенческое состояние животного передаётся нейронам по всему мозгу.
Учёным удалось зафиксировать динамику тормозящей и возбуждающей нейронной активности, которая говорит о вовлечённости мышей в процесс выполнения задачи. На видео показан пример такой активности в мозге мышей в режиме реального времени и в замедленном режиме, когда животные придерживались необходимого поведения в зависимости от запаха.
Исследование проводилось в рамках программы «Neuro Function, Activity, Structure, and Technology» (Neuro-FAST) при поддержке Агентства по перспективным оборонным научно-исследовательским разработкам США (DARPA). DARPA создаёт базу знаний и набор инструментов, которые позволят быстрее понять структуру и функционирование мозга. Результаты работы стэнфордских учёных помогли агентству продвинуться к этой цели.
По словам Джастина Санчеса (Justin Sanchez), руководителя программы DARPA, это исследование – всего лишь начало, но оно приближает к пониманию того, как мозг обрабатывает и формирует целенаправленное поведение у высших видов.
«Долгосрочная цель DARPA – разработать системы, которые помогут военнослужащим лучше управлять высокотехнологичными устройствами и комплексными сценариями, ведь они всё больше проникают в военную службу. Цель Neuro-FAST состоит в том, чтобы разгадать одну часть этой головоломки и получить знания и инструменты, необходимые для понимания нейронных цепей и кодирования», — говорит Санчес.
Текст: Светлана Завалишина