Удалось предсказать поведение крыс по активности мозга

Отличительная, скоординированная активность в больших наборах нейронов может предсказать будущее поведение крысы, показал он и его команда в новом исследовании.

Ученые создали словарь, который связывает паттерны активности мозга с простыми действиями. Это открытие помогает им понять, как мозг определяет время будущих действий и связывает небольшие действия в более крупные последовательности. Результаты были опубликованы в журнале Neuron.


Любое сложное поведение состоит из серии более простых действий, подобно тому, как предложение можно разложить на сплетенные вместе слоги слов. Хотя существует гибкость в том, как эти действия могут быть собраны вместе, есть также правила, определяющие, какие комбинации имеют смысл, а какие нет.

Возьмем, к примеру, ходьбу по комнате. Темп шагов может быть разным, но было бы необычно увидеть два шага левой ногой подряд. Прогнозирование сложного поведения требует понимания этой грамматики - как способов, которыми поведение ограничивается, так и способов, которыми оно не ограничивается.

Маццукато хочет выяснить, что заставляет животное принимать решение совершить определенное действие в определенное время, и как этот выбор представлен в мозге.

Он и его команда, возглавляемая постдоками Стефано Реканатеси и Улисесом Перейрой, сотрудничали с нейробиологом Закари Мейненом из Центра Шампалимо по изучению непознанного в Лиссабоне, Португалия.

Они поставили эксперимент, в котором обучали крыс тыкаться носом в место на стенке клетки, а затем перемещаться в другое место клетки, чтобы получить питье воды. Если крысы шли за наградой немедленно, они получали маленький глоток; если они могли подождать 10 или 20 секунд, они получали больше воды. Череда действий крыс была относительно фиксированной, но каждое животное могло выбирать время.

Пока крысы бегали вокруг, исследователи отслеживали активность больших групп нейронов в части мозга, называемой моторной корой, которая участвует в планировании движений.

Будущие намерения крыс были представлены скоординированной активностью больших групп нейронов в моторной коре, обнаружили исследователи. Каждое действие создавало в моторной коре отчетливую сигнатуру, причем группа нейронов вела себя скоординированно и последовательно. Когда крыса готовилась перейти к другому действию, нейронная сигнатура внезапно менялась.


То есть, глядя на активность мозга, они могли отличить крыс, которые собирались немедленно получить вознаграждение, от тех, кто ждал большей порции воды.

Они также смогли воспроизвести изменчивость выбора крыс с помощью набора математических уравнений, называемого рекуррентной нейронной сетью, что является примером искусственного интеллекта, вдохновленного мозгом.


В данном случае команда сосредоточилась только на одной поведенческой переменной - времени выполнения действий. Но в будущем они надеются исследовать аналогичные вопросы, связанные с выбором и принятием решений в сценариях, более точно имитирующих сложность реальной жизни.