Оптогенетика заставила макак узнать незнакомое

Психологи из Токио нашли у макак область мозга, отвечающую за распознание объекта как уже знакомого: это группа нейронов, точная активация которых стала возможна благодаря методам оптогенетики. Результаты могут говорить о том, что помимо физических характеристик объекта существуют какие-то другие, и мозг учитывает их, принимая решение. Работа опубликована в журнале Science.

Обработка визуальной информации — непростая задача для мозга, и до сих пор не все особенности этого процесса понятны ученым. Существует гипотеза о двух потоках, или зрительных путях: один поток отвечает за расположение объекта в пространстве, а другой распознает сам объект (что это, какой он). Распознавание объекта происходит по вентральному пути, который начинается со зрительной коры, и проходит через ряд других областей, в частности, височную долю, связанную с долгосрочной памятью. На конечной станции зрительного пути периринальные нейроны кодируют идентичность знакомых объектов (которые мы уже выучили), также они связаны с системой вознаграждения и многими другими характеристиками объектов, тогда как их физические параметры обрабатываются на ранних стадиях зрительного пути. 

Исследователи решили понять, чем именно занимаются нейроны в периринальной коре — только ли передают информацию о физических атрибутах и таким образом идентифицируют объект, или существуют нефизические атрибуты, которые кодируются этими нейронами? Под нефизическими атрибутами в данном случае понимается информация о том, знакомый ли это объект. Обезьяну можно научить разделять объекты на знакомые и незнакомые, и если активировать правильный пучок нейронов, то это значимо повлияет на ответы приматов. Если верно первое предположение, то любой объект под стимуляцией покажется животным знакомым, во втором случае любой объект покажется им новым. 

Стимуляция производилась при помощи оптогенетики: нейроны четырех взрослых обезьян (Macaca fuscata) модифицировали таким образом, чтобы они отвечали на стимуляцию лазером. В качестве нефизического атрибута, с кодировкой которого предстояло разобраться, использовалась «выученность» объекта: тренировка на их запоминание длилась не менее трех месяцев. Приматам демонстрировали визуальные объекты разной формы и цвета на мониторе компьютера, все объекты были либо «знакомыми» (их обезьянам показывали многократно на каждой тренировочной сессии), либо «новыми» (их обезьянам показывали не чаще, чем раз в месяц), количество и тех и других было равным. В качестве дополнительного параметра в тест ввели несколько уровней визуального шума, чтобы более тонко проследить изменения в визуальном распознавании, и нащупать психофизический порог, за которым «знакомое» и «новое» меняются местами под воздействием стимуляции.

Под оптогенетической стимуляцией приматы значительно чаще распознавали объекты, как «знакомые», независимо от того, были ли они такими на самом деле. В 36 экспериментальных сессиях из 73 авторы обнаружили значимое влияние активации нейронов на ответы приматов (например, когда новый объект называли знакомым, или узнавали сильно замаскированный объект). Сдвига в сторону суждения об объекте как о «новом» не наблюдалось. Ученые проанализировали активность нейронов, отвечающих на новые и знакомые стимулы, и их плотность, и не нашли связей сдвига в ответах приматов под воздействием оптогенетической стимуляции с плотностью соответствующих нейронов.

Результаты стимуляции лазером отличаются от результатов традиционной электрической стимуляции. Ученые опробовали оба способа, и обнаружили, что под электрической стимуляцией произошел сдвиг в пользу обоих суждений, а также этот сдвиг оказался пропорциональным плотности соответствующих нейронов в активированном регионе.

Поскольку оптогенетическая стимуляция позволяет «внушать» обезьянам, что все объекты — знакомые, это может означать, что периринальные нейроны просто производят сигнал «я это уже видел». Таким образом, механизм распознания объекта, вероятно, может быть таким: когда активность периринальных нейронов достигает порога, объект распознается как «знакомый», и как «новый», если порог не достигнут. Авторы считают, что результаты подтверждают их предположение о том, что мозг обрабатывает нефизические атрибуты объекта, чтобы вынести суждение о нем.

Ученые уже обманывали восприятие цвета у рыб, также мы писали о том, как распознают «лица» рыбы, макаки и люди. 

Анна Зинина