Мозъкът действа като музикална кутия, която възпроизвежда различни поведения

Невробиолозите откриха мозъчни клетки, които образуват множество координатни системи, за да ни показват „къде се намираме“ в поредица от поведения. Тези клетки могат да възпроизвеждат различни последователности от действия, точно както музикалната кутия може да бъде конфигурирана да възпроизвежда различни последователности от тонове. Откритията ни помагат да разберем алгоритмите, използвани от мозъка за гъвкаво генериране на сложни поведения, като планиране и разсъждение, и могат да бъдат полезни за разбирането на това как тези процеси се объркват при психиатрични състояния като шизофрения, предава EurekAlert.

В изследването, публикувано в Nature, се описва как учени от Центъра „Сейнсбъри уелкъм“ към Калифорнийския университет и Оксфордския университет са изследвали мишки, които учат различни поведенчески последователности, но с една и съща структура. Това позволява на екипа да разкрие как гризачите обобщават структурите за нови задачи, което е отличителен белег на интелигентното поведение.

„Всеки ден решаваме нови проблеми, като обобщаваме знанията си. Да вземем за пример готвентео. Когато се сблъскате с нова рецепта, можете да използвате фоновите си познания за подобни рецепти, за да заключите какви стъпки са необходими, дори ако никога преди не сте приготвяли ястието. Искахме да разберем на детайлно клетъчно ниво как мозъкът постига това, както и да изведем от тази мозъчна активност алгоритмите, които се използват за решаване на този проблем“, коментира д-р Мохамади Ел Габи, първи автор на изследването и постдокторант по неврология в лабораторията на Беренс в Центъра „Сейнсбъри уелкъм“ и катедрата по клинични науки „Нюфийлд“ към Оксфордския университет.

Изследователите дават на мишките поредица от четири цели, които трябва да достигнат. Макар че детайлите на поредиците се различават, общата структура е една и съща. Те се придвижват между целевите места (A B C и D), които се повтарят в цикъл.

„След като се сблъскаха с достатъчно последователности, мишките направиха нещо забележително - те отгатнаха част от последователността, която никога преди това не бяха преживявали. Когато за пръв път достигаха D на ново място, те знаеха, че трябва да се върнат направо в A. Това действие не можеше да бъде запомнено, тъй като никога не е било преживявано на първо място! Това доказва, че мишките познават общата структура на задачата и могат да проследяват „позицията“ си в поведенческите координати“, обяснява д-р Ел Габи.

За да разберат как мишките научават общата структура на задачата, изследователите използват силициеви сонди, които им позволяват да записват активността на множество отделни клетки от област на мозъка, наречена медиална фронтална кора. Те откриват, че клетките колективно картографират „напредъка в постигането на целта“ на животното. Например една клетка може да се задейства, когато животното е на 70 % от пътя към целта си, независимо от това къде е тя или колко време е необходимо за достигането ѝ.

„Установихме, че клетките проследяват поведенческата позиция на животното спрямо конкретни действия. Ако си спомним аналогията с готвенето, клетките се интересуваха от напредъка към подцелите, като например нарязването на зеленчуците. Подмножество от клетките бяха настроени и за картографиране на напредъка към общата цел, като например завършване на приготвянето на ястието. Следователно тези за „напредък към целта“ ефективно действат като гъвкави градивни елементи, които се обединяват, за да изградят поведенческа координатна система“, казва д-р Ел Габи.

Всъщност екипът установява, че клетките формират множество координатни системи, всяка от които показва на животното къде се намира спрямо определено действие. Подобно на музикална кутия, която може да бъде конфигурирана да възпроизвежда всякаква последователност от тонове, мозъкът може вместо това да „възпроизвежда“ поведенчески действия.

Сега екипът се опитва да разбере как тези модели на активност се вграждат в мозъчните връзки, както при усвояването на нови поведения, така и как те започват да се появяват в развиващия се мозък. Освен това ранната работа на групата и нейните сътрудници показва, че подобна мозъчна активност е налице в еквивалентни вериги при здрави хора. Екипът си сътрудничи с психиатри, за да разбере как тези процеси са засегнати при състояния като шизофренията, за която е известно, че включва същите мозъчни вериги. Това би могло да помогне да се обясни защо хората с шизофрения надценяват напредъка си по отношение на целите, което води до заблуди.

Изследването е публикувано в Nature.