Нейробиологи знают много о том, как наш мозг учится новому, но не так много о том, как он выбирает, на чем сосредоточиться. Исследователи проследили эту способность.

Для того чтобы узнать о мире, животное должно сделать больше, чем просто обратить внимание на его окружение. Оно должно узнать, какие звуки и ощущения в его среде являются наиболее важными, и контролировать, как важность этих деталей меняется с течением времени. Тем не менее, как люди и животные отслеживают эти детали – остается загадкой.

 

Медицинский научно-практический журнал «Science and Medicine»
Ассистент профессор Сяоке Чэн, справа, работу паравентрикулярного таламуса с исследователем и одним из соавторов статьи Грегом Натрабом
Credit: L.A. Cicero/Stanford University

Стэнфордские биологи в опубликованной статье в Science сделали предположение о том, как животные разбираются в этом. Часть мозга, называемая паравентрикулярным таламусом, или PVT, служит своего рода привратником, гарантируя, что мозг идентифицирует и отслеживает наиболее существенные детали. «Хотя исследования, частично финансируемые Институтом нейрохирургии Ву Цай, пока ограничиваются мышами, результаты в будущем могут помочь исследователям лучше понять, как люди учатся или даже помочь в лечении наркозависимости», – сказал старший сотрудник Сяоке Чэн, доцент биологии.

«Результаты удивляют, отчасти потому, что мало кто подозревал, что таламус может сделать что-то настолько сложное. Мы выявили, что таламические клетки играют очень важную роль в отслеживании поведенческой значимости стимулов» – сказал Чэн.

Решение, чему учиться

В своей основной форме обучение сводится к обратной связи. Например, если у вас болит голова, и вы примите таблетку, то вы надеетесь, что таблетка эту головную боль снимет. Если таблетка поможет – вы примите её, когда снова будет болеть голова. Если нет, вы попробуете что-то другое. Психологи и нейробиологи широко изучили этот аспект обучения и даже проследили его до определенных частей мозга, которые обрабатывают обратную связь и стимулируют обучение.

«Тем не менее, эта картина обучения неполная», – комментирует Чэн. Даже в относительно несложных лабораторных экспериментах, не говоря уже о жизни в реальном мире, люди и животные должны понять, чему учиться-по сути, что такое обратная связь. Несмотря на эту необходимость, психологи и нейробиологи не уделяют этому вопросу нужного внимания.

Чэн и его коллеги научили мышей связывать определенные запахи с хорошими и плохими результатами. Один запах сигнализирует глоток воды, а другой – поток воздуха.

Позже исследователи заменили поток воздуха легким электрическим шоком. Команда обнаружила, что нейроны PVT отслеживали это изменение. Во время фазы «поток воздуха», две трети PVT-нейронов реагировали на запах, а еще 30 процентов активизировались только на запах сигнала воды. Другими словами, на этом этапе PVT откликнулись и на хорошие и на плохие результаты, но больше на хорошие.

Во время фазы электрошока, однако, баланс сдвинулся. Почти все PVT-нейроны реагировали на шок, в то время как три четверти из них реагировали как на хорошие, так и на плохие исходы.

Аналогичный сдвиг произошел, когда мыши утоляли жажду. Теперь, вода имела меньшее значение и PVT был менее отзывчив к воде и более отзывчив к воздушным потокам. Это говорит о том, что PVT стал более отзывчивым к плохим результатам и менее восприимчив к хорошим.

Новое место для поиска

«Результаты указывают на несколько более широких выводов», – сказал Чэн. Возможно, самое главное, что у других исследователей теперь есть возможность изучения PVT к тому, как внимание к различным деталям влияет на то, как и чему животные учатся.

«Теперь у нейробиологов есть новые пути контроля обучения», – сказал Чэн. В дополнительных экспериментах с генетически модифицированными мышами, команда могла контролировать активность PVT световым сигналом. Исследователи обнаружили возможность ингибировать или улучшать обучение. Например, быстрее научить мышей, что запах больше не надежно сигнализирует о получении воды или что другой запах переключился с сигнала воды на сигнал шока.

«Эти результаты могут указывать на новые способы модуляции обучения на мышах путем стимулирования или подавления активности PVT в зависимости от обстоятельств. Они также указывают, в перспективе, на способы лечения наркомании, помогая наркозависимому человеку отучиться ассоциировать прием наркотиков и последующим наркотическим состоянием.

Источник:

Материалы предоставлены Стэнфордским университетом. Оригинал написан Натаном Коллинзом.

Journal Reference:

Yingjie Zhu, Gregory Nachtrab, Piper C. Keyes, William E. Allen, Liqun Luo, Xiaoke Chen. Dynamic salience processing in paraventricular thalamus gates associative learningScience, 2018 DOI: 10.1126/science.aat0481

Медицинский научно-практический журнал «Science & Medicine»