Ученые обнаружили в мозге нейроны реальности и вымысла

Ученые из Массачусетского технологического института и Университета Западного Онтарио описали механизм кодирования реальной и воображаемой информации нейронами префронтальной коры головного мозга. Результаты работы исследователей были опубликованы в журнале Nature Communications.

В ходе исследования ученые имплантировали электроды в префронтальную кору двух макак-резусов. активность мозга животных изучалась с помощью метода магнитно-резонансной томографии (МРТ). Животные выполняли два типа заданий. В тестах на восприятие им демонстрировали облако точек, рядом с которым, спустя 1,2–2 секунды, возникало другое облако. Если стимулы двигались в одном направлении, обезьяна должна была отпустить клавишу. В испытании на рабочую память первое облако точек исчезало через одну секунду, и макаки вынуждены были вспоминать его траекторию для сравнения с новым. Во время экспериментов авторы зафиксировали активность 272 нейронов у каждой особи.

Клетки, которые участвовали в обработке информации, располагались в задней части основной борозды мозга. Анализ показал, что нейроны были специфичны, при этом 126 из них (46%) значительно лучше реагировали на восприятие направления, чем предполагалось. Примерно 28% клеток в большей степени кодировали воспринимаемое движение и 32%- скорее воспоминания о нем. Однако значительная часть нейронов параллельно выполняла обе функции. Последующая статистическая обработка позволила отнести, по критерию значимости, к перцептивным 32%, к мнемоническим - 40% и к смешанным 28% клеток.

Стоит отметить, что сила кодирования положительно коррелировала у нейронов зрительного восприятия и запоминания, тогда как максимальная чувствительность оказалась характерна для смешанных клеток. Затем ученые сравнили показатель с точностью выполнения заданий. Поскольку макаки лучше справлялись с первым вариантом теста, авторы пришли их к выводу, что активность перцептивных клеток превышает силу кодирования мнемонических. Исключение из рассмотрения перцептивно-мнемонических нейронов снижало точность ответов в три-четыре раза. Также для выявления различий между однонаправленной и противоположной траекторией точек использовались разные паттерны кодирования.

В то же время паттерны кодирования для наблюдения и запоминания были практически идентичны. Сила примерно трети нейронов обнаружила связь с углом отклонения между предполагаемой и истинной траекторией движения стимулов. Проверка с помощью алгоритма, обученного методом опорных векторов, подтвердила результаты. По мнению авторов, полученные данные проясняют нейронный механизм кодирования непространственных визуальных стимулов. Описание работы отдельных нейронов префронтальной коры может помочь в разработке новых методов лечения нейропсихических заболеваний, например шизофрении, для которой характерно смешение наблюдаемого и образов.

Ранее сообщалось о том, что ученые обнаружили в мозге человека два кластера генов, которые отвечают за развитие интеллекта. В ходе исследований ученые установили, что эти же гены в измененном состоянии могут привести к эпилепсии и когнитивному дисбалансу.