Биомедицинские инженеры показывают, как две области мозга быстро адаптируются, чтобы переключить внимание с одной запланированной цели на другую.
Стефани Принс объясняет своё исследование на примере, с которым многие жители Атланты могут себя отождествить.
Представьте, что вы едете в аэропорт Атланты, чтобы встретить друга. Он звонит и говорит, что находится в терминале — но не уверен, в каком именно. Наверное, на севере? Вы направляетесь в ту сторону через лабиринт дорог вокруг аэропорта.
Затем он перезванивает. Оказывается, он в южном терминале. Вы быстро вносите мысленную корректировку и меняете маршрут, чтобы подъехать к нужному терминалу.
У вас был план. Вы получили новую информацию. Вы быстро изменили свою цель. Вопрос, который изучала Принс: как этот процесс происходит в мозге?
Новое исследование в Nature Communications проливает свет на этот процесс принятия решений. Это может помочь учёным лучше понять, когда такие процессы нарушаются при таких заболеваниях мозга, как болезнь Паркинсона и болезнь Альцгеймера.
Исследование Принс, Аннебелл Сингер и других соавторов показало, что новая информация побуждает одну область мозга быстро переключиться на представление как первоначального, так и нового пунктов назначения одновременно. Тем временем другая область, рассматривающая эти варианты, быстро переключается на новый пункт назначения.
Исследователи не знали, что в мозге происходят такие динамические изменения. Сингер говорит, что это важно узнать, поскольку планирование навигации является хорошей моделью для различных процессов планирования в мозге.
«Некоторые из того, что мы изучаем, могут применяться более широко», — говорит Сингер, доцент кафедры биомедицинской инженерии Технологического института Джорджии и Университета Эмори.
«Другой важный аспект заключается в том, что эти системы дают сбой при заболеваниях, включая деменцию и депрессию. Понимание основных здоровых процессов имеет основополагающее значение для понимания того, как они нарушаются при заболеваниях».
«Мы думали, что, возможно, увидим некоторую справочную информацию, но две цели действительно доминируют. То, что мозг так активно представляет обе возможные цели вместо одной, было интересно».
Тем временем в префронтальной коре, отвечающей за принятие решений, внимание мыши переключается с первоначального пункта назначения на новое место с лакомством, говорит Принс.
«Похоже, это происходит ещё до того, как они изменили своё движение. Для нас было действительно удивительно видеть, как всё это происходит так быстро».
Чтобы расшифровать, как мозг управляет навигацией в меняющейся среде, Принс разработала эксперимент с использованием лабиринта в виртуальной реальности, который она могла менять на лету. Пока мыши перемещались по простому лабиринту в поисках лакомства, Принс записывала данные тысяч нейронов в двух областях мозга: гиппокампе и префронтальной коре.
В обеих областях были отмечены значительные изменения активности.
«Большую часть времени у животных есть система GPS в гиппокампе, которая говорит: „Вот где я сейчас“. Когда мы представили новую информацию, внезапно они перестали думать о том, где они находятся. Вместо этого они думают о старой и новой цели», — говорит Принс, бывший аспирант в лаборатории Сингер, которая сейчас работает научным инженером по работе с данными в Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли.
Исследование помогает устранить давние противоречивые данные предыдущих исследований о том, что на самом деле представлено или закодировано в гиппокампе и как его активность поддерживает обдумывание и планирование.
В более широком смысле результаты предлагают новую информацию о когнитивной гибкости перед лицом новой информации, говорит Сингер.
Она добавляет, что изучение навигации у грызунов ценно, потому что они в этом хорошо разбираются, и это хорошо развитое чувство имеет параллели с тем, что учёные наблюдали у людей.
Лаборатория продолжает работу с подробными данными, собранными Принс. Сингер говорит, что изученное поведение в этих экспериментах сложное. Поэтому её команда более подробно изучает большой объём нейронных данных, чтобы увидеть, что ещё они могут обнаружить.
Поддержка этого исследования была оказана Национальным научным фондом, Национальными институтами здравоохранения, Премией Пакарда в области науки и инженерии и Фондом Маккамиша.
Любые мнения, выводы или рекомендации, выраженные в этом материале, принадлежат авторам и не обязательно отражают взгляды какого-либо финансирующего агентства.
Источник: Технологический институт Джорджии.