Результаты, опубликованные 3 октября в журнале Nature Neuroscience, рисуют картину сбора, обработки и принятия решений в пространстве, которая является более сложной, чем считалось ранее.Исследование HMS ставит под сомнение традиционную модель десятилетней давности, которая предполагает, что принятие простого пространственного решения является результатом прямой конкуренции между двумя или более отдельными нейронными путями, причем один сигнал преобладает над подавлением других.
«Эта точка зрения« победитель получает все »изящна, но, возможно, несколько упрощена», — сказал автор исследования Крис Харви, доцент нейробиологии Гарвардской медицинской школы. «Наши результаты показывают, что группы нейронов отслеживают все недавно встреченные визуальные сигналы и используют эту информацию для принятия решений. Нет необходимости в реальном соревновании между двумя или более проводящими путями, по крайней мере, не в тех областях мозга, которые, как считается, участвует в принятии решений ".В этом смысле, добавили исследователи, принятие решений мышью напоминает человеческий акт сбора и взвешивания всех доказательств перед тем, как сделать выбор.Исследователи говорят, что их результаты являются ранним шагом в поисках путей раскрытия механизмов формирования памяти человека — фундаментального неврологического процесса, который остается малоизученным.
Распознавание того, что происходит в нервных клетках во время формирования памяти, может помочь выявить критические сбои, которые возникают в кратковременной памяти и приводят к нарушению принятия решений при ряде нейропсихиатрических и нейродегенеративных расстройств.«Как только мы распутаем различные рабочие паттерны и схемы в мозге во время формирования памяти и принятия решений, мы можем начать искать различия в паттернах связи, которые лежат в основе аномалий», — сказал Харви. «Это может дать нам представление о том, как эти процессы могут быть ошибочными при нейродегенеративных состояниях и нервно-психических расстройствах».Для экспериментов мышей учили считать до шести точек по обе стороны виртуального Т-образного лабиринта, проецируемого на экран перед ними.
Мыши должны были выбрать направление, в котором отображается большее количество точек, и повернуть в этом направлении.Задача — чрезвычайно сложная по меркам грызунов — сродни тому, как люди используют уличные знаки и ориентиры для маневра в космосе, чтобы добраться до места назначения.
Чтобы подготовиться к симуляции лабиринта, мышей обучали в течение месяца или около того, они учились считать до шести точек и делать выбор влево или вправо в зависимости от количества точек, проецируемых на экран. Когда животное делало правильный поворот, его награждали несколькими глотками подслащенной воды.В своих экспериментах ученые сосредоточились на нейронах задней теменной коры — той части мозга, где сходятся зрительные сенсорные сигналы и двигательные действия. Чтобы визуализировать нейронную активность в режиме реального времени, исследователи вводили мышам вирус, который заставлял их клетки мозга светиться или флуоресцировать каждый раз, когда электрический импульс вызывается чем-то, что видела мышь.
Этот подход позволил ученым составить «электрическую сеть», показывающую моментальные изменения в тысячах нейронов, когда животные сталкивались с сигналами, извлекали кратковременные воспоминания и принимали решение.Электрические паттерны показали, что для того, чтобы сделать правильный выбор, мышь должна полагаться на кратковременную память — вспоминая, сколько точек она видела на одной стороне за несколько секунд до этого, — а затем преобразовывать эту память в двигательное действие или действие поворота налево или направо.
Удивительно, но несколько нервных сигналов сходились одновременно, прежде чем мышь сделала поворот, что позволяет предположить, что животные взвесили все доступные сигналы, прежде чем принять решение.Результаты также показали, что клетки мозга не останавливались и не сбрасывались каждый раз, когда принималось решение. Вместо этого нейроны хранят «тиккерную ленту» событий, которые происходили в прошлом — каталог, который постоянно расширяется по мере приобретения нового опыта.
Полученные данные свидетельствуют о том, что даже простейший выбор, такой как поворот налево или направо, является результатом нескольких нейронных сигналов, запускаемых недавно обнаруженными репликами, которые затем распространяются сложным, но хорошо организованным образом и сходятся в одном решении. По словам исследователей, этот процесс является элегантной иллюстрацией того, как наблюдение за репликой формирует кратковременную память, которая, в свою очередь, приводит к принятию решения.