Вы слышите звонок телефона или лай собаки. Это ваше или чужое? Ты слышишь шаги в ночи -; это ваш ребенок или злоумышленник? Друг или враг? Решение, которое вы примете, определит, какие действия вы предпримете дальше. Исследователи из Фонда Шампалимо пролили свет на то, что может происходить в нашем мозгу в такие моменты, и сделали нас на шаг ближе к разгадке тайны того, как мозг преобразует восприятие в действия.
Каждый день мы принимаем бесчисленные решения, основываясь на звуках, не задумываясь. Но что именно происходит в мозгу в таких случаях? Новое исследование Renart Lab, опубликованное в Текущая биологиязаглядывает под капот. Их результаты углубляют наше понимание того, как сенсорная информация и поведенческий выбор переплетаются в коре головного мозга; внешний слой мозга, который формирует наше сознательное восприятие мира.
Кора разделена на области, которые выполняют разные функции: сенсорные области обрабатывают информацию из окружающей среды, а двигательные области управляют нашими действиями. Удивительно, но сигналы, связанные с будущими действиями, которые можно было бы ожидать только в двигательных областях, появляются и в сенсорных. Что сигналы, связанные с движением, делают в областях, отвечающих за сенсорную обработку? Когда и где появляются эти сигналы? Изучение этих вопросов могло бы прояснить происхождение и роль этих запутанных сигналов, а также то, как они действуют; или нет -; управлять решениями.
Другой подход
Исследователи ответили на эти вопросы, разработав задание для мышей. Постдок Рафаэль Стейнфельд, ведущий автор исследования, продолжает эту историю: «Чтобы выяснить, какие сигналы, связанные с будущими действиями, могут происходить в сенсорных областях, мы тщательно продумали задачи, которые должны будут выполнить мыши. Задания «NoGo», в которых животные сообщают о своем выборе, либо совершая действие, либо не двигаясь, в зависимости от характера стимула. Однако эта установка смешивает сигналы, связанные с конкретными движениями, с сигналами, связанными с просто движением в целом. Изолировать сигналы для определенных действий, мы обучали мышей выбирать между одним из двух действий. Им нужно было решить, является ли звук высоким или низким по сравнению с установленным порогом, и сообщать о своем решении, облизывая один из двух носиков, левый или правый».
Однако этого было недостаточно. “Мыши быстро усваивают эту задачу и часто реагируют, как только слышат звук».Стейнфельд продолжает. «Чтобы отделить активность мозга, связанную со звуком, от активности мозга, связанной с реакцией, мы ввели критическую задержку в полсекунды. В течение этого интервала мышам приходилось воздерживаться от принятия решения. Важно отметить, что эта задержка позволила нам временно разделить активность мозга, связанную с стимул, связанный с выбором, и отслеживать, как нейронные сигналы, связанные с движением, разворачивались с течением времени на основе первоначального сенсорного сигнала.“.
“Чтобы проанализировать нейронные представления о стимулах и выборе, также было важно разработать эксперимент, достаточно сложный, чтобы позволить мышам совершать ошибки. 100%-ный показатель успеха стирает различие между стимулом и выбором, поскольку каждый стимул всегда будет вызывать одну и ту же реакцию. Создав возможность ошибок, мы могли бы отделить нейронное кодирование звука от принимаемых решений.«Например, в тех случаях, когда мыши слышали один и тот же тон, но принимали разные решения (правильные или неправильные), они могли проверить, различается ли активность нейрона между двумя действиями. Если это так, это будет указывать на то, что нейрон кодирует информацию о выбор.
Глубокие связи
После шести месяцев тщательного обучения исследователи наконец смогли начать регистрировать нервную активность мышей во время выполнения задания. Они сосредоточились на слуховой коре — части коры, отвечающей за обработку того, что мы слышим, которая, как они уже показали, необходима для выполнения задачи. «Кора головного мозга мышей и людей состоит из шести слоев, каждый из которых имеет специализированные функции и особые связи с другими областями мозга», — объясняет Альфонсо Ренарт, главный исследователь и старший автор исследования. «Учитывая, что определенные слои обычно получают сенсорную информацию из областей мозга, в то время как другие отправляют информацию в двигательные центры, мы одновременно зарегистрировали активность во всех слоях слуховой коры — впервые в такой задаче, как наша, в которой сенсорные и моторные сигналы можно было бы четко разделить».
«Мы обнаружили, что сигналы, связанные с сенсорикой и выбором, демонстрируют различные пространственные и временные закономерности», — продолжает Ренарт. «Сигналы, связанные с обнаружением звука, появлялись быстро, но быстро исчезали, исчезая примерно через 400 миллисекунд после подачи звука, и широко распределялись по всем слоям коры. Напротив, сигналы, связанные с выбором, которые указывают на движение мыши, которое собирается совершить, возникли позже, до исполнения решения, и сосредоточились в более глубоких слоях коры».
Однако, несмотря на временное разделение между стимулом и активностью выбора, дальнейший анализ выявил интригующую связь: нейроны, которые реагировали на определенную звуковую частоту, также имели тенденцию быть более активными в отношении действий, связанных с этими звуками. Как объясняет Стейнфельд: «Например, нейрон, который реагирует на высокие частоты, может активироваться больше для облизывания вправо у одной мыши и облизывания влево у другой, в зависимости от того, как каждый из них был обучен, поскольку мы переключили непредвиденные обстоятельства звукового действия. Эта изменчивость у разных животных показывает, что активность не запрограммирована, а адаптируется с опытом. Эти нейроны учатся увеличивать свою активность для любого действия, которое подходит в зависимости от предпочитаемой ими звуковой частоты».
Происхождение и роль сигналов выбора
Итак, каково же может быть происхождение этих сигналов выбора в слуховой коре? «Интересно, — отмечает Ренарт, — что ранние сенсорные сигналы в слуховой коре, по-видимому, не предсказывают конечный выбор мышей, а сигналы выбора появляются значительно позже. Это говорит о том, что сенсорные сигналы в слуховой коре не вызывают напрямую действия мышей, и что сигналы выбора, которые мы наблюдаем, вероятно, вычисляются где-то в более высоких областях мозга, участвующих в планировании или выполнении движений, которые затем отправляют свою обратную связь в слуховую кору».
Но если эти сигналы движения не диктуют действия, какую роль они могут играть? Возможно, они служат главным образом для интеграции и передачи информации. Например, эти сигналы могут корректировать восприятие мозга в соответствии с принимаемым решением, повышая стабильность того, что мы воспринимаем. В качестве альтернативы они могли бы настроить мозг на ожидаемые сенсорные результаты действий, такие как шум, производимый при движении, гарантируя, что наши сенсорные ощущения соответствуют нашим движениям.
Однако эти гипотезы еще предстоит проверить. «Можно задаться вопросом: если сенсорные сигналы слуховой коры непосредственно не влияют на выбор, а сигналы выбора, которые мы там наблюдаем, на самом деле не производятся ею, тогда какова же цель слуховой коры?», — размышляет Ренарт. . «Мы могли бы предположить, что слуховая кора больше озабочена созданием сознательного восприятия звука, чем сенсомоторной трансформацией, но это уже история для другого дня».
Тем не менее, нельзя исключать причинную роль, особенно потому, что более глубокие слои слуховой коры передают информацию в заднее полосатое тело, часть центра мозга, контролирующего привычки и движения. Будущие исследования будут направлены на то, чтобы определить точное происхождение этих сигналов движения и действительно ли они являются причиной поведения. А сейчас мы можем добавить еще одну часть к головоломке о том, как мозг преобразует восприятие в действие, и о внутренних механизмах, которые работают, когда вы в следующий раз слышите шаги в ночи.
Источник:
Центр неизведанного Шампалимо
Ссылка на журнал:
Стейнфельд Р., и другие. (2024) Дифференциальное представление сенсорной информации и поведенческого выбора в разных слоях слуховой коры мыши.. Текущая биология. doi.org/10.1016/j.cub.2024.04.040.
2024-05-11 01:32:00
1715391365
#Понимание #того #как #мозг #преобразует #восприятие #действие
