Животные выживают в изменчивой и непредсказуемой среде, потому что не ограничиваются простой реакцией на новые обстоятельства, а, как и мы, делают логические выводы об окружающем мире. Например, белки понимают, что определенные птичьи крики не сигнализируют о присутствии хищника, и поэтому не прячутся, снова услышав их. Нейробиологические механизмы этого подобия абстрактного мышления у братьев наших меньших до сих пор оставались недостаточно изученными.
Группа ученых из Нью-Йоркского университета идентифицировала конкретную область мозга, которая функционирует как «устройство логических выводов» — это орбитофронтальная кора (ОФК). Она позволяет животным пересматривать свое представление об окружающей среде в зависимости от меняющихся обстоятельств.
«Чтобы выжить, животные не могут просто реагировать на то, что их окружает, — объясняет Кристин Константинополь, профессор Центра нейронаук NYU, старший автор статьи. — Они должны обобщать информацию и делать выводы — это когнитивный процесс, который относится к одним из самых важных и сложных операций, выполняемых нервной системой. Наши результаты углубляют понимание того, как мозг применяет усвоенные знания».
Полученные результаты открывают перспективы для лучшего понимания природы нейропсихиатрических расстройств, таких как биполярное расстройство и шизофрения, при которых ухудшается способность к выводам.
Опыты на крысах
В экспериментах на крысах, результаты которых опубликованы в Neuron, анализировалась их нейронная активность в серии испытаний.
В этих опытах грызуны, которых ограничили в воде, учились получать «вознаграждение» — пить в специальных портах. Поилки, выдававшие жидкость разными порциями от 5 до 80 микролитров, были распределены на блоки: «бедный», «смешанный», «богатый». Вода включалась после довольно долгого ожидания, так что животным приходилось оценивать, стоит ли еще ждать или лучше перейти к следующему крану.
О наличии воды и объемах порций крысы узнавали при помощи световых и звуковых сигналов; как обычно, была контрольная группа, не проходившая обучения. Режимы раздачи воды меняли с определенной регулярностью.
Эксперимент был разработан для того, чтобы проверить, способны ли животные делать выводы в ходе серии проб. Ученые предположили, например, что крысы научатся ждать дольше порцию воды в 20 микролитров в «бедном» состоянии, чем такую же порцию в «богатом».
«В бедном состоянии, если они строили выводы, они ждали бы дольше, потому что в следующей пробе они не получат больше воды — следовательно, стоит подождать, — объясняет Константинополь. — Однако в богатом состоянии 20 микролитров — это наихудший вариант, то есть он "стоит" меньше, поэтому они тратили на ожидание меньше времени».
Дизайн эксперимента смоделирован по аналогии с экономической задачей «готовность платить», когда людей спрашивают, сколько они готовы заплатить за разные товары. В опытах в NYU крысы «платили» своим временем — ожиданием.
В целом, крысы дольше ждали вознаграждения в бедных состояниях и меньше времени — в состояниях, богатых наградой (с большими объемами воды). Это указывает на то, что они выводили текущее состояние, решая, как долго ждать: одна и та же порция воды стоила больше или меньше ожидания в зависимости от других доступных наград. Крысы, не прошедшие обучение, таких выводов не делали.
Проверка результатов
Для проверки результатов некоторым особям повредили ОФК. В результате обученные крысы утратили способность обновлять свое понимание доступности наград — то есть не могли различать скрытые состояния. Эти результаты, основанные на записи активности более 10 000 нейронов, позволяют предположить, что ОФК непосредственно задействована в том, чтобы помогать мозгу делать выводы в меняющихся ситуациях.
Что происходит в мозге, когда мы принимаем решения о деньгах или еде — выяснили нейробиологи
Найдены клетки мозга, настроенные на неопределенность
Подписывайтесь и читайте «Науку» в Telegram