Нейробиологи обнаружили знаковую неоднозначность, закодированную в мозге мыши

Новое исследование, проведённое нейробиологами Массачусетского технологического института, позволило выявить уникальный механизм, с помощью которого мозг способен одновременно удерживать и анализировать несколько пространственных гипотез при навигации в неоднозначной среде. Впервые учёным удалось зафиксировать, что нейроны ретроспленальной коры (RSC) формируют различные паттерны активности, отражающие конкурирующие представления о положении тела в пространстве. Полученные данные были опубликованы в журнале Nature Neuroscience.




Работа проводилась под руководством Марка Харнетта, доцента кафедры мозга и когнитивных наук MIT и участника Института исследований мозга Макговерна. Основным автором публикации стал Якоб Фойгтс, который во время исследования работал в лаборатории Харнетта, а в настоящее время возглавляет научную группу в кампусе Janelia Института Говарда Хьюза.

Учёные сосредоточились на том, как животные ориентируются в условиях, когда визуальные ориентиры не однозначны. В предыдущей работе, опубликованной в 2020 году, исследовательская группа уже продемонстрировала, что RSC играет ключевую роль в навигации, объединяя зрительные данные с информацией о положении тела. В новом эксперименте этот подход был усложнён: мышей обучали ориентироваться в круглой арене, где в стенах были расположены 16 отверстий. Вознаграждение они могли получить, только правильно выбрав одно из них, определяя нужное по точке света, которая появлялась лишь вблизи.

На следующем этапе задачи добавили второй ориентир, идентичный первому, что делало выбор затруднённым — обе точки появлялись поодиночке и находились на равных расстояниях. Мыши не могли заранее различить их визуально, и для успешного выполнения задания им требовалось использовать не только текущие зрительные сигналы, но и память о ранее воспринятом положении в пространстве. Это обстоятельство побуждало их удерживать сразу несколько гипотез о возможном местоположении цели.

Исследователи зафиксировали, что при приближении к ориентиру RSC активизировала разные нейронные паттерны, каждый из которых отражал конкретное предположение о местоположении награды. По мере того как животное получало больше информации, паттерны становились более определёнными и «сжимались» в единственный — тот, который соответствовал правильному пути. Таким образом, RSC не только хранила потенциальные гипотезы, но и участвовала в их динамической переработке, помогая принять поведенческое решение.

По словам Харнетта, полученные результаты демонстрируют, как нейроны в RSC способны учитывать и анализировать конкурирующие пространственные сценарии. Эти механизмы позволяют животным действовать в условиях неопределённости, делая выбор на основе накопленного опыта и текущих сенсорных данных. Дополнительные параллели были проведены с более ранним исследованием искусственной нейронной сети, проведённым профессором MIT Илой Фите. В той работе, также направленной на решение навигационных задач, были обнаружены похожие паттерны активности и взаимосвязи между нейронами.

Фойгтс, продолжая работу уже в собственной лаборатории, планирует изучать участие других мозговых структур, таких как префронтальная кора, в процессе ориентации в естественной среде. Его интересует, как животные осваивают задачи вне лабораторных условий, когда выбор поведения не ограничен экспериментальными рамками. Он подчёркивает, что современная нейробиология пока недостаточно изучила процесс обучения в условиях, приближённых к реальности, хотя уже многое известно о функционировании мозга после освоения задач.

Читайте также: