Функционирует при финансовой поддержке Федерального агентства по печати и массовым коммуникациям (Роспечать)

Нейроны полосатого тела помогли переключить внимание между стимулами

Kianoush Banaie Boroujenia, Mariann Oemischb, Seyed Alireza Hassania & Thilo Womelsdorf / Proceedings of the National Academy of Sciences, 2020

Исследователи показали, что быстроразряжающиеся нейроны полосатого тела играют важную роль в переключении внимания между стимулами и выборе релевантных сигналов. Часть нейронов этого типа в эксперименте с макак-резусами активировалась при смене подкрепляемых стимулов, а часть реагировала на появление отвлекающих сигналов, ответ на которые было необходимо подавлять. Статья опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Каждую секунду к нашим органам чувств поступает информация о разнообразных стимулах. Адаптивное поведение заключается в том, чтобы не реагировать на все подряд, а выделять важные в текущий момент события, пропуская остальные. Эту функцию приписывают передней части полосатого тела — в него поступают проекции от различных зон мозга, которые отвечают за выбор поведенческих целей и оценку вознаграждения. Однако как именно нейроны полосатого тела обрабатывают эту информацию, усиливают активность релевантных стимулов и подавляют ненужные, ясно не до конца.

Ученые из Канады и США под руководством Тило Уомелсдорфа (Thilo Womelsdorf) из Университета Вандербильта исследовали активность нейронов полосатого тела двух макак-резусов в следующей парадигме. На экране перед обезьянами появлялось два полосатых круга, на одном из которых возникала стрелка вверх, а на втором — вниз. Либо до, либо после появление стрелок круги становились цветными (красным и зеленым). Цвет указывал на то, какой круг является сигналом к действию: если «активным» был зеленый и на зеленом круге появлялась стрелка вверх, то обезьяне нужно было поднять глаза вверх — за это она получала вознаграждение.

Через 30 попыток или больше значения цветов менялись — активным становился красный, а затем снова зеленый. Каждый раз макакам было необходимо переучиваться реагировать на правильный цвет. В это время исследователи регистрировали электрическую активность 350 нейронов переднего полосатого тела. По характеристикам импульсов эти нейроны разделили на два типа: быстроразряжающиеся интернейроны и шипиковые проекционные нейроны.

Нейроны полосатого тела реагировали на появление цвета (он подсказывал, на каком круге было необходимо сосредоточивать внимание), но не стрелки (сигнала к действию). Первыми реагировали быстроразряжающиеся нейроны — часть их усиливало активность сразу после того, как круги загорались зеленым и красным, а часть — наоборот, снижала число импульсов. Шипиковые проекционные нейроны отвечали вторыми, после того, как первый класс быстроразряжающихся клеток прекращал активность.

После смены значений цветов доля правильных ответов (движений глаз) сначала резко снижалась, а затем постепенно восстанавливалась — так обезьяны переучивались обращать внимание на правильный стимул. А частота разрядов нейронов полосатого тела обратно коррелировала с числом правильных ответов — сначала эти клетки были высоко активны, но по мере переучивания снижали частоту импульсов. Иными словами, активность бытсроразряжающихся нейронов коррелировала с внутренней уверенностью животного в том, какой именно цвет является активным.

В выборе активного стимула могут быть задействованы два противоположных процесса: активация внимания к нужному объекту и подавление активности в ответ на нерелевантный стимул. Чтобы выяснить, какую из этих двух задач решают нейроны полосатого тела, ученые обратили внимание на их активность в ответ на «отвлекающие стимулы» — временное исчезновение неактивного цвета, которое сигнализировало, что в этой попытке вознаграждения не будет и не нужно ни поднимать глаза, ни опускать. В этих случаях было необходимо обратить внимание на неактивный цвет и подавить действие.

Большинство нейронов полосатого тела реагировали только на стимулы действия, но одна из подгрупп быстроразряжающихся нейронов активировалась при предъявлении отвлекающего стимула. Значит, разные клетки полосатого тела отвечают за противоположные процессы: подавление нерелевантных стимулов и активация ответа на нужные сигналы.

Исследователи заключают, что быстроразряжающиеся нейроны играют важную роль в перенаправлении внимания к важным стимулам, в том числе в условиях постоянной смены подкрепляемых сигналов.

Нарушения работы полосатого тела считают ключевым фактором развития шизофрении. Ученые даже научились диагностировать это расстройство по активности полосатого тела с точностью более 80 процентов.

Алиса Бахарева

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.