Макаки проанализировали многоступенчатые задачи
Американские ученые выяснили, что макаки, как и люди, могут пошагово анализировать решения, которые они принимают, и модифицировать свой выбор в дальнейшем. Такое ступенчатое принятие решений отражается и в иерархии работы частей мозга: фронтальной и поясной коры. Статья с результатами исследования опубликована в журнале Science.
Процесс принятия решений часто подразумевает выбор одного определенного варианта из нескольких: например, при покупке шоколадки в супермаркете необходимо оценить все доступные вкусы и цены продукта. Часто выполнение каких-либо задач осложнено тем, что в процессе необходимо принять несколько решений: скажем, при приготовлении какого-то блюда нужно выбрать рецепт, купить ингредиенты и далее следовать инструкции. Если что-то идет не так, и блюдо не получается, человеку может быть сложно точно обнаружить причину неудачи. Исследования показывают, что в случае неудачи при выполнении подобных многоступенчатых задач человек находит причину, исходя из собственной уверенности на каждом конкретном шаге. Если рассматривать ситуацию с приготовлением блюда, то изначально не уверенный в рецепте человек скорее всего обвинит в неудаче именно его, а не последующий выбор продуктов или процесс приготовления.
Изучение процесса принятия решений в многоступенчатых задачах до сих пор, по большей части, ограничивалось поведенческими исследованиями. Мортеза Сарафьязд (Morteza Sarafyazd) и Мердад Язаери (Mehrdad Jazayeri) из Массачусетского технологического института решили провести эксперимент с участием макак-резусов (Macaca mulatta). В ходе эксперимента животным показывали два огонька, которые мигали с интервалами от 530 до 1170 миллисекунд. Промежутки отличались длиной: участников обучили тому, что временной промежуток менее 850 миллисекунд считается коротким, а более — длинным. В зависимости от того, сколько времени прошло между двумя вспышками, макакам необходимо было либо смотреть в сторону второй вспышки, либо в противоположную сторону. В случае, если животное сделало правильный выбор, оно получало угощение; выбор, в свою очередь, регистрировался автоматически на основании оценки их движений глаз.
Во время эксперимента участникам нужно было принять два решения. Первое решение обозначало, какое именно правило будет использовано: то есть нужно ли будет посмотреть в сторону второй вспышки, если она появится до 850 миллисекунд или же после. Второе решение обозначало уже то, в какую сторону необходимо посмотреть, чтобы угощение получить. Именно это и делало задачу многоступенчатой: успех (получение угощения) зависел от верного выбора правила и последующего следования этому правилу.
Для того, чтобы оценить, как макаки анализируют принятые ими решения и адаптируются при смене условий, ученые меняли правила после того, как макака их запомнит. Ученые заметили, что принятие многоступенчатых решений у макак подчиняется достаточно простой стратегии. Изначально макака «обвиняет» в неполучении угощения смену правила, но при этом животное также оценивает собственный успех в предыдущих попытках и их сложность (то есть то, насколько короткими или длительными были промежутки между двумя вспышками). Макаки понимали, что отсутствие угощения после сравнительно простого принятия решений (когда промежуток был очень коротким или очень длинным), скорее всего, в действительности объясняется сменой правила — и в последующей попытке правило они использовали уже другое. Кроме того, на смену правила также влияло и то, повторялась ли ошибка в течение нескольких попыток. В противном случае макака не меняла используемое правило, так как воспринимала неполучение как сигнал о том, что ошибку она совершила при оценке временного промежутка.
Следование подобной стратегии ученые также оценили и с точки зрения работы мозга макак. Для этого в мозг животных вживили микроэлектроды для точного мониторинга отдельных нейронов в двух участках мозга, вовлеченных в процесс принятия решений: дорсомедиальной части фронтальной коры и передней поясной коре. Они обнаружили, что оба эти участка были активны после совершения ошибки, но активность повышалась тогда, когда ошибка появлялась после простой попытки: другими словами, повышенная активность изученных участков сигнализировала о том, что макака в процессе анализа своих действий обращается к собственным суждениям, а не к смене правила. Относительно временных рамок активность передней поясной коры предшествовала активности фронтальной коры.
Автора работы, таким образом, показали, что макаки — точно так же, как и люди — способны поэтапно оценивать собственные действия и внешние факторы при анализе успехов и неудач. Эта способность очень важна в процессе обучения, так как позволяет анализировать собственные действия и не совершать ошибок в будущем. Примечательно, что и активность мозга, которая определяет этот анализ, также устроена многоступенчато.
Ученые изучают и другие аспекты принятия решений. К примеру, мозг людей с повышенной тревожностью при принятии рискованных решений отличается повышенной активностью участков, отвечающих за когнитивный контроль: в результате этого они чаще отдают предпочтение менее рискованным опциям.
Елизавета Ивтушок
Это произошло после формирования нейронной связи между клетками циркадных часов и Dh44-нейронами
Биологи определили момент, в который циркадные часы начинают управлять циклами сна и бодрствования у личинок плодовых мушек. Оказалось, это происходит в начале третьего дня развития под влиянием новой связи между нейронами циркадных часов и клетками Dh44, которые контролируют бодрствование личинок. Кроме того, после формирования этой связи у личинок появилась долгосрочная память. Исследование опубликовано в журнале Science Advances. Циркадные ритмы у многих видов формируются еще на самых ранних этапах развития. Так, например, у млекопитающих клетки супрахиазматического ядра детеныша синхронизируют свою ритмическую активность еще во время беременности. Однако многие матери новорожденных могут подтвердить, что дети в этом возрасте редко спят ночью и бодрствуют днем — в основном их сон равномерно распределен по суткам. Исследования подтверждают, что циклы сна и бодрствования у младенцев чаще всего появляются от трех до двенадцати месяцев. До сих пор не было понятно, почему, несмотря на работу клеток циркадных часов, циклы сна и бодрствования формируются довольно поздно и как этот процесс влияет на другие функции мозга — например, долговременную память. Исследователи из университета Пенсильвании под руководством Эми По (Amy R. Poe) изучили аналогичный процесс на дрозофилах. Биологи отследили момент, в который у личинок мушек появляются циклы сна и бодрствования — это произошло в начале третьего дня развития. Чтобы понять, что именно происходит с циркадными ритмами в этот момент, исследователи изучили активность нейронов мозга у личинок. Прежде всего они проверили нейроны, которые производят нейропептид Dh44, поскольку они расположены в области циркадных часов у взрослых мушек.Для этого они создали трансгенных насекомых, у которых эти клетки синтезировали теплочувствительный ионный канал. Таким образом, когда личинок помещали в теплую среду, в Dh44-нейронах начинался ионный ток и те активировались. Оказалось, что эти клетки действительно участвуют в регуляции циклов сна: после их активации личинки на второй стадии меньше спали в течение суток (p < 0,0001). Тогда исследователи решили изучить, как активность этих клеток меняется при переходе со второй стадии личинок на третью — в момент появления ритмов сна. Оказалось, активность Dh44 не отличается на первой и второй стадии, но снижается в начале третьей. Это согласовывалось и с повышенным количеством сна у личинок в этот день: активность нейронов снизилась и они перестали оказывать свое бодрящее действие на личинок. Биологи предположили, что в этот момент Dh44-нейроны связываются с клетками, которые задают общий циркадный ритм организму мушек. Для этого они отследили нейронные связи этого мозгового центра. И действительно, при переходе со второй стадии на третью Dh44-нейроны сформировали связь с одной из клеток часов — DN1a. Ученые также подтвердили, что активация DN1a действительно «включает» Dh44 и увеличивает длительность бодрствования у личинок. Тогда исследователи решили проверить, как появление связи циркадных ритмов с циклами сна и бодрствования влияет на другие процессы в мозге насекомых. Зная, что переход памяти из кратковременной в долговременную происходят во время сна, биологи протестировали оба типа памяти у животных. Для этого они использовали стандартный для таких задач тест — проверяли, как личинки запоминают отвратительные запахи. И на второй, и на третьей стадии личинки одинаково хорошо проходили тесты на кратковременную память, а вот долговременная память появилась лишь при переходе между ними. При этом активация Dh44-нейронов, которые снижали количество сна у личинок, нарушала процессы долговременной памяти. Так, биологи не только в подробностях описали, как клетки циркадного ритма начинают контролировать циклы сна и бодрствования, но и показали, что этот процесс очень важен для развития таких сложных когнитивных функций как долговременная память. Сон и память действительно тесно связаны — депривация сна способна даже стирать воспоминания. Недавно мы писали об исследовании, в котором такие воспоминания удалось восстановить у мышей.