Ученые получили новое представление о том, как нейроны мозга общаются во время принятия решения и как связи между нейронами могут помочь укрепить выбор.
Исследование, проведенное на мышах под руководством нейробиологов из Гарвардской медицинской школы, является первым, в котором сочетаются структурный, функциональный и поведенческий анализ для изучения того, как связи между нейронами способствуют принятию решений.
Результаты опубликованы в журнале Nature .
«Как устроен мозг, помогающий принимать решения, — это большой, фундаментальный вопрос, а нейронные схемы — то, как нейроны соединяются друг с другом — в областях мозга, которые важны для принятия решений, недостаточно изучены», — сказал Вэй- Чанг Аллен Ли, доцент кафедры нейробиологии Института Блаватника при HMS и профессор неврологии Бостонской детской больницы.
Ли является соавтором статьи вместе с Кристофером Харви, профессором нейробиологии в HMS, и Стефано Панцери, профессором Университетского медицинского центра Гамбург-Эппендорф.
В ходе исследования мышам было предложено выбрать, каким путем идти в лабиринте, чтобы найти награду. Исследователи обнаружили, что решение мыши пойти влево или вправо активирует последовательные группы нейронов, что приводит к подавлению нейронов, связанных с противоположным выбором.
По словам Ли, эти специфические связи между группами нейронов могут помочь принимать решения, отключая нейронные пути для альтернативных вариантов.
Слева: вид мыши, которая бежит по Т-образному лабиринту в виртуальной реальности и решает, в какую сторону повернуть. Справа: структурные данные показывают, что нейроны задней теменной коры, имеющие случайную цветовую кодировку, мигают, когда они срабатывают во время прохождения лабиринта. Кредит: Аарон Куан
Начало плодотворного сотрудничества
Это была случайная встреча на скамейке возле их дома во время учений по пожарной безопасности, которая привела Харви и Ли к осознанию взаимодополняющего характера их работы. В тот день они заключили соглашение, которое дало толчок новой работе.
Лаборатория Харви использует мышей для изучения поведенческих и функциональных аспектов принятия решений. Типичные эксперименты включают помещение мыши в лабиринт виртуальной реальности и запись нейронной активности во время принятия решений. Такие эксперименты показали, что отдельные, но перемешанные наборы нейронов срабатывают, когда животное выбирает лево или право.
Ли работает в новой области нейробиологии, называемой коннектомикой , целью которой является полное картирование связей между нейронами в мозге. Цель, по его словам, состоит в том, чтобы выяснить, «какие нейроны разговаривают друг с другом и как нейроны организованы в сети».
Объединив свой опыт, Харви и Ли смогли глубже изучить различные типы нейронов, участвующих в принятии решений, и то, как эти нейроны связаны между собой.
Выбор направления
Новое исследование было сосредоточено на области мозга, называемой задней теменной корой — которую Ли описывает как «интегративный центр», который получает и обрабатывает информацию, собранную множеством органов чувств, чтобы помочь животным принимать решения.
«Нам было интересно понять, как возникает нейронная динамика в этой области мозга, которая важна для принятия навигационных решений», — сказал Ли. «Мы ищем правила взаимодействия — простые принципы, которые обеспечивают основу для вычислений мозга при принятии решений».
Лаборатория Харви зафиксировала нейронную активность, когда мыши пробегали Т-образный лабиринт в виртуальной реальности. Сигнал, который появился за несколько секунд до этого, указывал мышам, будет ли награда находиться в левом или правом плече Т. Лаборатория Ли использовала мощные микроскопы, чтобы нанести на карту структурные связи между одними и теми же нейронами, записанные во время задания в лабиринте.
Комбинируя методы, исследователи отличили возбуждающие нейроны — те, которые активируют другие клетки, — от тормозных нейронов, которые подавляют другие клетки. Они обнаружили, что определенный набор возбуждающих нейронов срабатывает, когда мышь решает повернуть направо, и эти нейроны «правого поворота» активируют набор тормозных нейронов, которые ограничивают активность нейронов «левого поворота». Обратное произошло, когда мышь решила повернуть налево.
«Поскольку животное выражает один выбор, нейронная цепь может помочь стабилизировать этот выбор, подавляя другие варианты», — сказал Ли. «Это может быть механизм, который помогает животному принять решение и предотвращает «изменение мнения»».
Результаты необходимо подтвердить на людях, хотя Ли ожидает, что между видами наблюдается некоторая консервация.
Исследователи видят множество направлений для будущих исследований. Один из них изучает связи между нейронами, участвующими в принятии решений, в других областях мозга.
«Мы использовали эти комбинированные экспериментальные методы, чтобы найти одно правило связности, а теперь хотим найти другие», — сказал Ли.
