В то время как многие исследования посвящены изучению нейробиологии того, как животное учится достигать цели, например, добывать воду при жажде, ни одно из них не давало понимания, как животные выбирают между несколькими конкурирующими потребностями.
В исследовании, опубликованном в журнале Nature, использовались передовые методы, разработанные исследователями для отслеживания дофаминовой системы вознаграждения мозга, и впервые было обнаружено, что эта система гибко перестраивается на достижение наиболее важной цели, когда сталкивается с несколькими конкурирующими потребностями.
В исследовании было показано, что когда одинокий и измученный жаждой самец зебрового вьюрка встретил самку, его жажда ослабла, и он сосредоточил свое внимание на ней, что отразилось на дофаминовой системе.
Наряду с расширением наших представлений о том, как дофаминовые нейроны и пути влияют на сложное поведение, результаты исследования могут помочь в разработке новых моделей искусственного интеллекта, имитирующих нейронные сети и дофаминовые системы вознаграждения.
"Мы сделали новый, насколько мне известно, эксперимент: нас меньше интересовало, как животное достигает поставленной цели, а больше - что происходит, когда перед ним ставится несколько задач", - сказал Джесси Голдберг, доцент кафедры нейробиологии и поведения и старший автор исследования.
Уже более ста лет исследователи изучают взаимосвязь между дофамином и обучением. Нейроны дофамина срабатывают в ответ на вознаграждение, удовлетворяя различные потребности, такие как голод, жажда, одиночество, изучение языка и песен, и т.д. При получении вознаграждения, например, воды при жажде, дофаминовые нейроны проявляют бурную активность. По словам Голдберга, все наркотики, вызывающие зависимость, работают через эту систему.
Предыдущие исследования, проведенные в лаборатории Голдберга, показали, что когда молодые зебровые вьюрки разучивают песни, дофаминовые нейроны активизируются, когда птицы неожиданно попадают в нужную ноту, и подавляются, когда они разочаровываются, попав в плохую ноту.
"После этого открытия меня стала беспокоить следующая проблема: как птица может использовать ту же систему и те же обучающие сигналы для пения, когда она также хочет получить пищу? Казалось, что от этой единственной системы требуют слишком многого".
В настоящем исследовании Андреа Розер, Ph.D, разработал методику с использованием методов оптической записи и сконструированного вируса. Гены в вирусе управляли экспрессией флуоресцентных дофаминовых сенсоров, в результате чего ткани флуоресцировали пропорционально уровню дофамина. Оптические волокна, помещенные в мозг, позволяли измерять повышение и понижение уровня дофамина во время исполнения птицами песен, ухаживания за самками и питья воды. Если предыдущая система с использованием электродов позволяла исследователям измерять сигналы дофамина в течение 30 минут, то новый метод позволяет измерять активность нейронов в течение четырех часов подряд на протяжении нескольких недель.
"Это было ключевое техническое достижение, которое позволило сделать открытие", - сказал Голдберг.
В экспериментах Голдберг и его коллеги изолировали самцов зебровых вьюрков, которые являются социальными животными, и также вызывали у них жажду. Самца научили распознавать, что мигающий свет означает, что он может поклевать носиком и получить питье, и когда птица была одна, этот сигнал вызывал большой дофаминовый выброс и поиск воды. Но когда в клетку добавили самку, самец проигнорировал сигнал, и дофаминовый сигнал прекратился.
"Это интуитивно понятно, но раньше это явно не было показано, что ухаживание уменьшает потребность в жажде", - сказал Голдберг. "И это важно, поскольку в сложной естественной среде приоритеты меняются по мере появления новых возможностей". Это изменение отразилось как в поведении птиц, так и в дофаминовом сигнале.
Во время ухаживания самец поет, чтобы произвести впечатление на самку, и исследователей интересовало, как дофаминовая система может реагировать на оценку самцом собственной песни, где ставки выше, чтобы произвести впечатление на самку. К своему удивлению, они обнаружили, что дофаминовая система самца, оценивающая его собственную песню, была отключена, как и его сигнал о вознаграждении за воду.
Авторы предположили, что, возможно, дофаминовая система перестраивается, когда животное переключает свое внимание на поведение самки. И они обнаружили, что действительно, когда самки перезванивали в ответ на пение самцов, наблюдалась значительная активация в той части дофаминовой системы самца, которая предназначена для социальной коммуникации. "Во время ухаживания дофаминовые сигналы, связанные как с жаждой, так и с самооценкой, отключались, а вместо этого те же самые сигналы приводились в действие ее положительной обратной связью".
Голдберг предполагает, что во время ухаживания самки передают самцам сигналы о том, что ей нравится. И в течение периода ухаживания за несколькими самцами самка может определить, кто из них принимает ее советы по поводу того, что ей подходит. "На основе такого взаимодействия она может определить не только его пригодность, но и его приверженность именно к ней".
По словам Голдберга, эти центры обучения в мозге динамически перестраиваются от момента к моменту, когда животное меняет свои приоритеты в ответ на новые возможности в окружающей среде.
Cornell University, Пер.: PSYCHOL-OK.RU
