Человеческое поведение часто объясняется невидимыми сущностями, такими как мотивация, любопытство, беспокойство и уверенность. Пока неясно, кодируются ли эти ментальные сущности конкретными нейронами в определенных областях мозга.
Профессор Адам Кепекс из лаборатории Колд-Спринг-Харбор ответил на некоторые из этих вопросов в новом исследовании, опубликованном в журнале Nature. Полученные данные могут привести к разработке более эффективных методов лечения обсессивно-компульсивного расстройства, компульсивных азартных игр и других психических расстройств.
Команда изучила орбитофронтальную кору – область, критически важную для принятия решений как у людей, так и у животных. Повреждение этой области мозга затрудняет принятие решений. В известном примере железнодорожный рабочий Финеас Гейдж пережил сильнейшее повреждение этой области, когда железный прут во время взрыва проткнул его череп. Гейдж выжил, но его личность и навыки принятия решений – нет.
Кепекс и его лаборатория решили выяснить, как нейроны орбитофронтальной коры кодируют ментальные переменные, такие как мотивация или уверенность.
"Мы хотели понять, как нейроны кодируют эти загадочные сущности, какова логика этого, какова архитектура орбитофронтальной коры," Кепекс сказал. Контролируя нейронную активность в мозгу крыс, принимающих сложные решения, команда определила новую, неожиданную структуру в функциональной организации орбитофронтальной коры.
Исследователи стремятся определить, какие сообщения представляет собой такая нейронная активность. Стандартный подход состоит в том, чтобы определить, какие особенности мира волнуют нейрон (какие из них увеличивают их активность), а к каким свойствам они нечувствительны (без изменения активности). Например, в зрительной коре нейроны настроены на края объектов, и каждый нейрон отдает предпочтение краям, ориентированным по-разному. "Когда вы имеете дело с ментальными переменными, возникает вопрос:, "Как мне их определить?’" Кепекс сказал. "Откуда мне знать, что это уверенность или ценность?"
Ключевой вывод заключался в использовании математических моделей поведения выбора для вычисления уверенности в принятии решения." Этот подход дал довольно конкретные прогнозы относительно того, как выглядит представление уверенности с точки зрения наблюдаемых переменных, таких как сложность решения или выбор, который был сделан. Оказалось, что многие орбитофронтальные нейроны соответствовали этим прогнозам, их активность увеличивалась или уменьшалась с формально определенной степенью уверенности в принятии решения.
Предыдущие исследования орбитофронтальной коры головного мозга выявили аналогичные психические переменные, но в отличие от других областей мозга, таких как зрительная кора, в их ответах не было порядка, а сложность кодирования сбивала с толку. "То, что люди нашли, было беспорядком," сказал Кепекс, который всю свою карьеру изучал нейронные основы принятия решений.
Чтобы разобраться в этой неразберихе, Кепекс и его команда использовали другой подход, чем другие.
Докторант Джунья Хирокава, ныне доцент Университета Дошиша в Киото, Япония, зарегистрировал большие популяции нейронов орбитофронтальной коры и использовал сложные методы машинного обучения, чтобы понять закономерности их активности. Команда обнаружила, что нейроны делятся на отдельные функциональные группы. И каждая группа нейронов закодирована для различных ментальных переменных, таких как уверенность в принятии решения или ценность вознаграждения, раскрывая ранее не подозреваемую высокоструктурированную организацию.
Наконец, Kepecs поинтересовался, поддерживаются ли эти функциональные группы специальной анатомической структурой. Для этого команда использовала искусственно созданные вирусы для нацеливания на определенную группу нейронов, которые передают связи с полосатым телом, частью мозга, важной для обновления или переосмысления значения выбора. Они наблюдали за активностью этих нейронов и обнаружили, что они кодируют другую ментальную переменную, ценность вознаграждения, увеличивая активность, когда ожидаемое вознаграждение было низким.
"Что это значит для нас, так это говорит, "Послушайте, здесь может быть анатомическая логика, которая является частью этой функциональной логики" Кепекс сказал.
Деконструкция этой логической взаимосвязи между тем, как нейроны функционируют во время различных задач и тем, как они физически структурированы в мозге, также может открыть такие возможности, как лечение психических расстройств, например, более точная стимуляция мозга пациентов с тяжелой депрессией, болезнью Паркинсона и другими. виды болезней.