Как и у многих коллекционеров пластинок, у брата жены Джеймса Фитцджеральда есть любимый магазин, где он постоянно находит лучшие пластинки для своей коллекции. Но бывает и так, что он проводит в магазине несколько часов и ничего не находит. Он также знает, что время от времени ему следует заглядывать в музыкальный магазин на другом конце города, где он иногда находит труднодоступную жемчужину, которая появилась в продаже с момента его последнего визита.
Он делает расчет: взвешивает вероятные результаты, чтобы направить свое поведение. Его любимый музыкальный магазин вознаграждает его чаще, поэтому он посещает его чаще всего. В магазине второго уровня вероятность вознаграждения меньше, поэтому он посещает его лишь изредка.
Гленн Тернер, который, как и Фитцджеральд, является нейробиологом и руководителем группы в исследовательском кампусе Janelia при HHMI, говорит, что эта привычка "учета кормовой базы" является прекрасным примером поведения, называемого соответствием, которое широко распространено в животном мире. Вместо винила, нехипстерские животные, такие как мыши и мухи, добывают пищу, используя сенсорные сигналы, такие как запахи, для оценки качества пищи на расстоянии.
Однако, несмотря на то, что соответствие наблюдалось у всех - от голубей, мышей до людей, - было неясно, как мозг осуществляет это принятие решений на основе ценностей. Ранее исследователи предложили теорию того, как это может происходить, но эта идея не была проверена в реальном мире.
Теперь группа исследователей из Janelia, в которую входят Фитцджеральд, Тернер, аспирант Janelia Адитья Раджагопалан, бывший научный сотрудник Janelia Ран Даршан и специалист по исследованиям Карен Хиббард, подтвердила, что предложенная теория работает. Эксперименты Раджагопалана показали, что, подобно шурину Фицджеральда, плодовые мушки могут принимать решения, основываясь на своих ожиданиях относительно вероятности получения вознаграждения. Команда также точно определила место в мозге мухи, где происходит корректировка ценностей, что позволило напрямую проверить эту теорию на уровне нейронных цепей.
"Мы обнаружили, что мухи используют ожидание для придания ценности своему миру. Кроме того, это очень хорошо увязывается с теоретической работой, которая была такой элегантной и объясняла это широко распространенное явление", - говорит Тернер.
Выяснение того, как мозг мухи осуществляет это повсеместное поведение, может помочь ученым лучше понять, как подобное принятие решений происходит в мозге более крупных животных, включая человека. По мнению исследователей, принятие решений нарушается при таких заболеваниях, как зависимость, поэтому понимание того, как этот процесс протекает в мозге более простых животных, имеет большое значение.
"Идеи и теоретические основы, которые мы выявили в этой работе, можно рассматривать как семена для эволюции, на которые можно опираться в более крупных организмах, где добавляются дополнительные слои, чтобы обеспечить более сложное поведение", - говорит Раджагопалан, первый автор новой статьи, описывающей эту работу.
Исследование поведения при соответствии
Плодовые мушки, мозг которых хорошо изучен и картографирован, оказались привлекательным выбором для изучения соответствия и механизмов, лежащих в его основе. Но сначала команде необходимо было разработать способ наблюдения за решениями плодовых мушек.
Раджагопалан, пришедший в лабораторию Тернера по совместной аспирантской программе с Университетом Джонса Хопкинса, возглавил этот проект. Он разработал эксперимент, в котором одна муха попадает в один рукав симметричной Y-образной арены. Муха выбирает один запах или другой и получает вознаграждение - в данном случае в виде активации нейронов, воспринимающих сахар, - но с разной вероятностью: один запах может принести вознаграждение в 80% случаев, а другой - в 20%.
Исследователи обнаружили, что муха научилась ожидать вознаграждения в тех же пропорциях, в которых они были представлены, и затем делала свой выбор, основываясь на этих ожиданиях. Эти действия и дали название поведению, основанному на подборе: в 80% случаев муха выбирала тот запах, который давал 80% вознаграждения. А в 20% случаев она выбирала тот запах, который давал 20% вознаграждения.
Группа исследователей отследила поведение мухи по определенным синапсам в грибовидном теле - области мозга мухи, отвечающей за обучение и память. Это позволило создать модель того, как мозг осуществляет такое поведение, основанную на теории соответствия. Согласно этой теории, ценности, связанные с различными вариантами выбора, усваиваются благодаря изменению силы синапсов: синаптические связи усиливаются или ослабляются пропорционально разнице между ожидаемым и полученным вознаграждением. Разработанная командой модель, основанная на этой теории, и поведение мухи позволили продемонстрировать, как изменяются отдельные синапсы, чтобы обеспечить принятие решений на основе ценностей.
Новая работа подчеркивает важное взаимодействие между экспериментом и теорией, сходясь в описании правил, управляющих процессом обучения животных, - результат, который, по словам исследователей, удовлетворяет их как на концептуальном, так и на механистическом уровне.
"Возможность увидеть, что вы можете получить такие сложные экономические решения с помощью простого механистического объяснения того, как изменяются синапсы, является прекрасной иллюстрацией того, что может означать механистическая когнитивная нейронаука", - говорит Фицджеральд. "Мы берем это универсальное свойство и используем сильные стороны этих маленьких животных, чтобы действительно механистически объяснить его".
Howard Hughes Medical Institute, Пер.: PSYCHOL-OK.RU
