Кора головного мозга - самая большая часть мозга млекопитающих, а по некоторым показателям - самая важная. В частности, у людей именно в ней происходит большинство процессов - восприятие, мышление, хранение памяти и принятие решений. Согласно одной из современных гипотез, основная роль коры головного мозга заключается в предсказании того, что произойдет в будущем, путем выявления и кодирования новой информации, получаемой из внешнего мира, и сравнения ее с тем, что ожидалось. Новое исследование, опубликованное в журнале Neuron, делает большой шаг к доказательству этой гипотезы.
“Мы обнаружили, что кора головного мозга действует как машина памяти, кодируя новый опыт и предсказывая самое ближайшее будущее”, - говорит ведущий автор работы Юрий Шимкив, постдокторант в лаборатории профессора Рафаэля Юсте.
“Это исследование позволяет многое понять о роли коры головного мозга и о таких заболеваниях, как шизофрения, при которых кора головного мозга, по-видимому, функционирует неправильно. Новизна - это разница между тем, что вы предсказывали, и тем, что произошло на самом деле. Это исследование показывает, что кора головного мозга постоянно обнаруживает новые стимулы, чтобы изменить и улучшить свои прогнозы на будущее. Обнаружение новизны - важнейшая функция для человека и других животных”, - говорит профессор Рафаэль Юсте.
Команда начала исследование, чтобы определить, как мыши реагируют на сочетание знакомых и новых сенсорных стимулов. В качестве стимулов в эксперименте использовались звуки, воспроизводимые на разных тонах. Получив изображение слуховой коры мышей - части коры головного мозга, которая обрабатывает звук, - ученые обнаружили, что группы нейронов реагируют не только на то, какой звук воспроизводится, но и на то, насколько он нов. Интересно, что каждый звук оставлял за собой след активности нейронов, который они называли “эхо”. Оно отслеживало сенсорные сигналы во времени и формировало кратковременную память о недавних сигналах. Эти отголоски активности не только следили за тем, чтобы каждый входящий стимул вызывал уникальную реакцию, но и служили для отбора новых стимулов, в результате чего эти реакции становились гораздо сильнее.
Чтобы глубже понять эти выводы, команда создала нейронную сетевую модель слуховой коры и обучила ее распознавать новые стимулы. Это повторило то, что они наблюдали у мышей, показав, что сети нейронов также используют “эхо” активности для хранения модели окружающей среды и используют ее для обнаружения изменений. Они пришли к выводу, что то, как устроена кора головного мозга, с петлями связанных нейронов, делает обнаружение новизны автоматическим свойством сети.
Исследование также позволяет по-новому взглянуть на главную роль, которую играет кора головного мозга при шизофрении. Клиницистам уже много лет известно, что люди, страдающие шизофренией, не умеют отличать новую информацию от старой. Ученые пытались объяснить эти факты, интерпретируя поведение отдельных нейронов, но в итоге столкнулись с трудностями. Одним из главных открытий данной работы стало то, что распознавание новизны - это работа не отдельных нейронов, а нейронных сетей.
Колумбийский университет. Пер.: PSYCHOL-OK.RU
