Если поведение — это язык, то нейробиолог Лука Маццукато из UO расшифровывает его грамматику.
Отчетливая, скоординированная активность в больших наборах нейронов может предсказать будущее поведение крысы, как показали он и его команда в новом исследовании. Они создали словарь, который связывает паттерны активности мозга с простыми действиями. Открытие помогает им понять, как мозг определяет время будущих действий, и связывает небольшие действия в более крупные последовательности.
Он и его команда сообщили о своих результатах 29 октября в журнале Neuron .
«В этой статье мы выяснили, по каким законам в мозгу создаются простые поведенческие последовательности», — сказал Маццукато.
Всякое сложное поведение состоит из ряда более простых действий, подобно тому как предложение можно разложить на сложенные вместе слоги слов. Хотя существует гибкость в том, как эти шаги могут быть объединены, существуют также правила, определяющие, какие комбинации имеют смысл, а какие нет.
Возьмем, к примеру, ходьбу по комнате. Темп шагов может варьироваться, но было бы необычно увидеть два шага левой ногой подряд. Прогнозирование сложного поведения требует понимания этой грамматики — как того, как поведение ограничивается, так и того, как оно не ограничивается.
Маццукато хочет выяснить, как что заставляет животное принять решение о совершении определенного действия в определенное время, и как этот выбор представлен в мозгу.
Он и его команда, возглавляемая постдоками Стефано Реканатеси и Улисесом Перейрой, сотрудничали с нейробиологом Закари Майненом в Центре неизвестных Шампалимо в Лиссабоне, Португалия. Они поставили эксперимент, в котором крыс обучали тыкать носом в точку на стене клетки, а затем перемещаться в другое место в клетке, чтобы попить воды. Если крысы сразу шли за наградой, они получали маленький глоток; если бы они могли подождать 10 или 20 секунд, они получили бы больше воды. Серии действий крыс были относительно фиксированными, но каждое животное могло выбирать время.
Пока крысы сновали вокруг, исследователи отслеживали активность больших групп нейронов в части мозга, называемой моторной корой, которая участвует в планировании движений.
Исследователи обнаружили, что будущие намерения крыс были представлены скоординированной активностью больших популяций нейронов в моторной коре. Каждое действие создавало отчетливую сигнатуру в моторной коре , при этом группа нейронов действовала скоординированным и последовательным образом. Когда крыса готовилась переключиться на другое действие, нейронная сигнатура внезапно менялась.
«Для каждого действия, которое животное выполняло в клетке, мы смогли понять, какие вычисления выполняли нейроны в этом мозгу», — сказал Маццукато. «Мы могли предсказать, что животное сделает за несколько сотен миллисекунд до того, как оно это сделает».
То есть они могли отличить крыс, которые собирались немедленно получить награду, от тех, кто тянулся к большему глотку воды, просто глядя на активность мозга.
Они также могли бы воспроизвести изменчивость выбора крыс с помощью набора математических уравнений, называемых рекуррентной нейронной сетью, примером искусственного интеллекта, вдохновленного мозгом. «Теперь, когда у нас есть модель, мы можем ее обобщить», — сказал Маццукато.
