Точность не пострадала
Двое немецких исследователей обнаружили, что черные вороны очень быстро принимают решение в условиях зашумленного сигнала. Вороны выбирали, в каком направлении движется большая часть точек на экране, в среднем за 235 миллисекунд — в два раза быстрее, чем люди и макаки в аналогичной задаче. Ученые также обнаружили нейроны, которые кодировали направление и выбор подобно тому, как это происходит в мозге млекопитающих. Исследование опубликовано в журнале Science.
Прежде чем принять решение в условиях неоднозначного сигнала (например, решить, что шуршит в кустах — хищник или ветер), мозг человека и других приматов накапливает доказательства. Изначально это показано на макаках-резусах (Macaca mulatta), которым предлагалось определить, в какую сторону движется большая часть точек на экране — вправо или влево. Нейроны в латеральной интрапариетальной области теменной коры обезьян активировались до тех пор, пока частота разряда не достигала определенного порогового уровня, после чего макака принимала решение. При этом часть нейронов кодировала одно направление, а часть — другое. И чем выше была доля точек, движущихся в одном направлении (когерентность), тем быстрее увеличивалась активность нейронов. Связь между скоростью активации и когерентностью соответствовала линейной.
Те же исследования показали, что скорость накопления доказательств предсказывает время принятия решения. Так, в среднем макаки справляются с такой задачей за 410–600 миллисекунд, а люди — за 450–820 миллисекунд, если позволить им решать в своем темпе. Но если у приматов и других млекопитающих принятие решений зависит от активности нейронов коры, то у птиц неокортекса нет, и как они принимают решения в подобных условиях — неизвестно.
Филипп Шмидбауэр (Philipp Schmidbauer) и Андреас Нидер (Andreas Nieder) из Тюбингенского университета решили это выяснить. Они научили двух черных ворон (Corvus corone) 9 и 10 лет решать ту же задачу с движущимися точками. В одних пробах точки двигались преимущественно вправо или влево, в других — вверх или вниз. Когерентность (доля движущихся в одном направлении точек) составляла в разных испытаниях 3, 9, 27 или 81 процент. Для контроля ученые провели испытания с когерентностью 0 процентов, где все точки двигались случайно. Чтобы сообщить о своем выборе, ворона должна была клюнуть цель справа или слева (либо сверху или снизу) от движущихся точек. Во время тестов ученые записывали активность нейронов каудолатерального нидопаллиума — аналога префронтальной коры приматов. Именно эта область, как предположили авторы, должна кодировать принятие решений.
Вороны правильно определяли направление движения большинства точек в среднем в 75 процентах проб. Даже при очень слабом сигнале, при когерентности 3 процента, они делали правильный выбор достоверно чаще, чем если бы выбирали случайно. А при когерентности 81 процент точность достигала 99 процентов. Время реакции почти не зависело от сложности: в среднем вороны принимали решение за 235 миллисекунд, опережая людей и макак примерно в два раза. При случайном направлении всех точек, когда правильного выбора не было, птицы справлялись за 254 миллисекунды, выбирая одно из направлений просто так.
В нидопаллиуме нашлась популяция нейронов, избирательных к направлению. Часть клеток в ней сильнее реагировала на движение в одном направлении, другая часть — на противоположное. В зависимости от того, какой выбор делала ворона, активность этих нейронов расходилась уже через 70 миллисекунд после появления стимула и за 170 миллисекунд до выбора птицы. Даже в ошибочных пробах и в тестах, где точки двигались случайно, это расхождение сохранялось. В этих случаях сильнее активировались нейроны, кодирующие то направление, которое выбрала ворона, а не то, куда на самом деле двигались точки. Чем сильнее был сигнал (выше когерентность), тем быстрее активировались нейроны, соотвествующие этому направлению. Но эта связь не соответствовала линейной зависимости, как было у приматов. Зато ее хорошо описывала логарифмическая зависимость: на низких когерентностях скорость активации возрастала быстрее, но на высоких выходила на плато.
Порог активации нейронов, при достижении которого принимается решение, у ворон тоже был. В тех испытаниях, где птицы отвечали быстро, активность нейронов возрастала быстрее, где медленно — наоборот. Но во всех случаях она сходилась к примерно одному уровню за 50 миллисекунд до момента, когда ворона клевала цель. Различия в уровне пороговой активности были, но они не были статистически значимыми. Авторы заключили, что пороговый уровень возбуждения нейронов в основном стабилен, но не фиксирован жестко и может слегка сдвигаться из-за дополнительных факторов — например, уверенности в выборе.
Таким образом, механизм принятия решений у ворон, хоть и развивался независимо, оказался похож на механизм приматов: есть нейроны, которые возбуждаются все сильнее по мере накопления доказательств, и есть порог активации, при достижении которого принимается решение. Крайне быструю скорость, с который вороны принимают решения, ученые связали с несколькими факторами — плотным расположением и связностью нейронов в паллиуме, высокой скоростью зрительного восприятия и тем, что быстрый зрительно-моторный контроль мог развиться у птиц под сильным эволюционным давлением.
Ранее команда ученых под руководством Андреаса Нидера обнаружила, что восприятие воронами слабого визуального стимула тоже отражается в активности нейронов паллиума. Часть нейронов кодировала не сам стимул, а то, видели его птицы, или нет. Ученые назвали это возможным коррелятом сознания, которое, по всей видимости, может возникать и без неокортекса.