Верхний холмик (или верхний колликулус) - это область среднего мозга, которая, как традиционно считается, помогает животным ориентироваться в пространстве, например, направлять глаза и голову на яркую вспышку света. Новое исследование Чикагского университета показывает, что эта часть мозга также играет роль в сложных когнитивных задачах, таких как визуальная категоризация и принятие решений.
В новом исследовании, опубликованном в журнале Nature Neuroscience, ученые измерили информацию, содержащуюся в паттернах активности клеток мозга в нескольких областях мозга, участвующих в принятии решений о визуальных категориях. Исследователи наблюдали за активностью в верхнем холмике (ВХ) и части задней теменной коры (ЗТК) - области коры головного мозга, которая важна для принятия визуальных категориальных решений. К своему удивлению, они увидели, что активность в ВХ даже больше, чем в ЗТК, участвует в принятии испытуемыми решений о категориях, что позволяет предположить, что она помогает координировать когнитивные процессы более высокого порядка, которые традиционно считаются происходящими в неокортексе.
“Это действительно удивительное место для обнаружения подобных когнитивных сигналов, потому что эта область мозга традиционно ассоциируется с более простым пространственным ориентированием и даже рефлекторными функциями. У нас есть эволюционно древняя структура мозга, которая, похоже, даже больше вовлечена в принятие сложных когнитивных решений, чем те области коры, которые мы изучали в наших экспериментах”, - говорит Дэвид Фридман, PhD, профессор нейробиологии и Института нейронаук Университета Чикаго и старший автор нового исследования.
Древняя область мозга с удивительными способностями
Всем животным, от рыб и рептилий до млекопитающих, таких как приматы и люди, необходимо быстро различать и классифицировать объекты в своем поле зрения. Является ли движущийся к ним объект препятствием или угрозой? Это хищник или добыча?
ВХ - это область мозга, которая эволюционно сохранилась у всех позвоночных, даже у тех, кто не имеет более сложного неокортекса. Она помогает ориентировать движения головы и глаз на визуальные стимулы, и традиционно считалось, что она запускает рефлекторные двигательные действия, передавая входные сигналы из вышележащих областей мозга. Однако последние исследования показали, что он также участвует в решении сложных задач, таких как выбор точки ориентации и внимание к стимулам в разных пространственных точках.
Фридман и его коллеги уже много лет изучают другие области коры головного мозга, имеющие тесные анатомические связи с ВХ. Эти соседние области участвуют в гибких и когнитивно сложных задачах по принятию решений, и исследователи хотели выяснить, участвует ли ВХ в более абстрактном мышлении. В ходе последнего исследования они обучили обезьян выполнять визуальную задачу принятия решений, в которой они рассматривали изображения на экране компьютера. Животные получали вознаграждение в виде фруктового сока за то, что в нужный момент нажимали на кнопку, чтобы отнести изображения к правильным категориям.
Пока испытуемые выполняли задание, исследователи регистрировали активность клеток мозга в ВХ и латеральной интрапариетальной области, части задней теменной коры, которая, как ранее показала лаборатория Фридмана, участвует в принятии решений о категориях при выполнении подобных задач. Поскольку задача требовала от испытуемых удерживать взгляд в одной точке и обозначать свой выбор движением руки, экспериментальная схема выделяла активность мозга, необходимую для категоризации - а не движения глаз или головы, которые обычно считаются работой ВХ.
Исследователи увидели, что в ВХ наблюдается большая активность, кодирующая категории изображений, на которые смотрели животные, причем эта активность была более сильной, чем в части задней теменной коры. Также был проведен эксперимент, в котором животным вводили лекарство, чтобы временно парализовать ВХ во время выполнения той же задачи. Хотя это не нарушило большинство моторных и зрительных функций испытуемых, это значительно повлияло на их способность правильно классифицировать изображения до тех пор, пока действие препарата не ослабевало.
“Наши результаты показывают, что эта область действительно важна для выполнения задачи. Даже в тех задачах, где животным не нужно двигать глазами или направлять внимание в разные места, ВХ участвует в этих более сложных когнитивных действиях”.
По словам Фридмана, обнаружение такой активности в ВХ не просто удивительно - оно может означать, почему эта область мозга привлекается для решения столь сложных задач. Поскольку эта область присутствует у всех позвоночных, от примитивных акул до современных людей, она была одной из самых ранних областей мозга, которая помогала обрабатывать визуальные сигналы и генерировать соответствующие движения. Но в новом исследовании оказалось, что он также участвует в совершенно непространственных функциях. Может ли это быть признаком того, что пространственная обработка обеспечивает особый “импульс” для решения проблем?
Фридман обратил внимание на движения глаз и жесты рук, которые люди делают, когда нас просят что-то вспомнить или принять решение. Например, если кто-то спрашивает, что вы ели на ужин вчера вечером, ваши глаза часто устремляются вверх, как будто ответ написан на потолке. Или, взвешивая решение между двумя вариантами, вы можете двигать руками вверх-вниз, как две стороны весов.
“Некоторые из этих данных могут говорить нам о том, что причина, по которой мы делаем такие пространственные жесты и движения глаз, заключается в том, что пространственные части мозга привлекаются для помощи в выполнении этих непространственных когнитивных функций”.
Каждый из нас сталкивался с тем, что с трудом понимает что-то, написанное текстом - например, длинный пресс-релиз об исследовании в области нейронаук, - но когда та же информация представлена в графическом виде, все сразу становится на свои места.
“Говорят, что картинка стоит 1000 слов - даже очень простая пространственная диаграмма может быстро передать гораздо больше информации, чем вы можете описать. Мозг словно создал прекрасную бумагу для ментальных графиков, которую он может использовать для решения как пространственных, так и непространственных задач”.
Чикагский университет, Пер.: PSYCHOL-OK.RU
