Прямой эфир из мозга: визуальные подсказки помогают принять решение о сотрудничестве

Зрительный контакт и язык тела имеют решающее значение в социальном взаимодействии, но то, как именно мозг использует эту информацию для определения поведения в реальном времени, не совсем понятно.

Объединив поведенческое, беспроводное отслеживание глаз и нейронный мониторинг, группа ученых и сотрудников Университета Райса изучила, как пары свободно перемещающихся макак, взаимодействующих в натуралистической обстановке, используют визуальные сигналы для управления сложным, целенаправленным совместным поведением.

Исследование , опубликованное в журнале Nature , предлагает первые доказательства того, что часть мозга, обрабатывающая визуальную информацию, — зрительная кора — играет активную роль в социальном поведении , обеспечивая исполнительную область — префронтальную кору — сигналами, необходимыми для принятия решения. Сотрудничать.

«Мы первые, кто использует телеметрические устройства для записи нейронной активности множества корковых популяций в зрительной и префронтальной коре, в то время как животные исследуют окружающую среду и взаимодействуют друг с другом», — сказал Валентин Драгой, профессор электротехники и компьютерной инженерии в Райс и Университете Райса. Розмари и Дэниел Дж. Харрисон III, почетный президент по нейропротезированию в Хьюстонском методистском университете. «Когда приматы, включая людей, взаимодействуют, мы смотрим в глаза и используем язык тела , чтобы указать представителям сородичей, что мы хотим сделать.

«До сих пор мы не знали, как то, на что мы смотрим, влияет на наше решение сотрудничать или нет, из-за нашей неспособности измерять глазодвигательные события и коррелировать их с тем, что нейроны делают в этот момент. Поскольку технологии не было, это знание было просто недостижимо».

Большая часть того, что нейробиология узнала о нейронных основах познания, возникла в результате исследований, в которых животных удерживали и выполняли задачу изолированно в ответ на искусственные стимулы на экране компьютера, а не во время фактического взаимодействия со сверстниками в более естественной среде. Возможность отслеживать нервную активность , когда животные двигаются и ведут себя свободно, представляет собой значительный шаг вперед в исследованиях в области нейробиологии и обещает пролить новый свет на внутреннюю работу мозга.

Временные реакции одновременно записываемых нейронов зрительной коры при восприятии естественных изображений. Фото: Валентин Драгой/Университет Райса)

«Долгое время это была золотая мечта нейробиологов — вести запись с нейронов на лету, пока животное свободно движется», — сказал Драгой, который также является научным директором Центра восстановления нервных систем, объединенного Хьюстонского университета. Предприятие методистов-Райс, занимающееся нейробиологическими исследованиями и инновациями в лечении. «Мы отслеживали популяции нейронов в зрительной коре — части мозга, которая извлекает информацию о зрении, — и в префронтальной коре — исполнительной области, которая кодирует наше решение выполнить определенные действия».

В ходе эксперимента за двумя парами макак наблюдали в течение нескольких недель, пока они учились работать вместе ради пищевого вознаграждения. В каждом испытании обезьяны свободно перемещались по вольеру, разделенному прозрачной перегородкой. Обезьяны ранее узнали, что нажатие кнопки приводит к тому, что поднос с закусками оказывается в пределах досягаемости, но во время испытаний это происходило только в том случае, если животные нажимали кнопку одновременно. По мере того как навыки сотрудничества макак улучшались, частота, с которой они улавливали социально значимые сигналы (своего партнера, поднос с закусками), увеличивалась до того, как они действовали согласованно.

«Эта технология позволяет нам различать активное и пассивное зрение», — сказал Драгой. «Активное зрение — это когда мы действуем на стимул, на который смотрим, имея в виду определенную цель. Когда я участвую в социальном взаимодействии, я действую определенным образом, извлекая визуальную информацию и используя ее для сотрудничества. Открытие позволит увидеть, как популяции сенсорных нейронов извлекают информацию, передают ее в исполнительную область и как они синхронизируются в реальном времени, что лежит в основе решения о сотрудничестве».

Бехнаам Аажанг, профессор электротехники и компьютерной инженерии Дж. С. Аберкромби Райса, подчеркнул критический вклад Мелиссы Франч, ведущего автора исследования, бывшего доктора философии. студент лаборатории Драгоя, а теперь научный сотрудник Медицинского колледжа Бэйлора, и Судха Йеллапантула, выпускница доктора Райса из группы Аажанга, которая сейчас работает профессиональным исследователем в отрасли здравоохранения.

«Они заслуживают большого уважения», — сказал Аажанг, который также является директором Инициативы нейроинженерии Райса и содиректором Центра восстановления нейронных систем.

«Эта работа носит междисциплинарный характер и включает в себя сложную экспериментальную схему, призванную проверить гипотезу о том, что зрительная лобная кора играет важную роль в социальном поведении», — добавил Аажанг. «Многие животные не очень социальные, но приматы — очень социальные, что стало важным фактором в исследовании, учитывая характер гипотезы».

Оказывается, такие выражения, как «глядеть кинжалами» и «видеть с глазу на глаз», — это больше, чем просто причуда английского языка: теперь у нас есть доказательства того, что зрительная кора и префронтальная кора работают согласованно, чтобы добиться сложного поведения, такого как сотрудничество.