Результаты когнитивных тестов макак сопоставимы с человеческими — Naked Science
11 минут
Институт физиологии Павлова

Результаты когнитивных тестов макак сопоставимы с человеческими

Ученые Института физиологии имени Павлова изучили способность обезьян к выполнению когнитивных тестов. Итог: схожесть результатов человека и макак-резусов, что позволяет моделировать нейронные процессы, протекающие в мозге людей при распознавании образов.

Макаки-резусы
Макаки-резусы / ©zabavnik.club

Исследователи из Института физиологии имени Павлова изучили способность обезьян Macaca mulatta (макака-резус) к выполнению когнитивных тестов разной степени сложности, предъявляемых на сенсорном экране компьютера. В ходе ряда поведенческих экспериментов исследователи обнаружили схожесть результатов человека и макак-резусов.

Полученные на обезьянах результаты позволят моделировать нейронные процессы, протекающие в головном мозге человека при распознавании образов: от кодирования физических свойств изображений до принятия решений. Исследование опубликовано в Журнале высшей нервной деятельности.

Понимание нейрофизиологических основ функционирования мозга человека невозможно без использования животных моделей с применением инвазивных методов исследования. Наиболее близкими животными к человеку в эволюционном плане, а также по анатомическому строению и физиологическим особенностям являются обезьяны.

Среди всех известных видов обезьян макаки-резусы — самая распространенная животная модель для изучения нейронных процессов. Однако, учитывая явные различия во многих когнитивных способностях человека и обезьяны, в размере и строении их мозга, не всегда можно напрямую обобщать получаемые результаты.

Поэтому при изучении различных функций мозга животных, перед тем как интерполировать данные на другие виды, в том числе на человека, нужно убедиться, что исследуемые процессы протекают сходным образом, например путем сопоставления результативности выполнения экспериментальных тестов.

Задачей исследования было продолжение изучения когнитивных способностей обезьян и сопоставление результатов с данными, полученными на человеке в сходных экспериментальных условиях. В качестве тестового материала использовали набор изображений — текстур, различающихся по степени ориентационной упорядоченности составляющих элементов, где задачей испытуемых было определение доминирующей ориентации в стимуле.

Тесты представляли собой набор матриц, каждая из которых состоит из 100 элементов — так называемых решеток Габора разной ориентации. Матрицы различались по количеству однонаправленных элементов, другими словами, по степени упорядоченности (рисунок 1).

Результаты когнитивных тестов макак сопоставимы с человеческими
Рисунок 1. Примеры тестовых стимулов — матриц различной степени упорядоченности. Цифры у каждой матрицы обозначают относительное количество однонаправленных элементов. Задача — определить доминирующую ориентацию / ©Пресс-служба Института физиологии имени Павлова

Всего в наборе было восемь типов матриц, содержащих 100, 64, 56, 48, 40, 32, 24 и 16 однонаправленных элементов. Задача испытуемых — определить, каких элементов в изображении больше: вертикальных или горизонтальных. Матрицы предъявлялись на сенсорном экране компьютера.

Проведенные исследования показали возможность обучения обезьян макак-резусов выполнению когнитивных тестов различной степени сложности. Несмотря на существенные различия в скорости обучения, все животные после многократных тренировок успешно справлялись с поставленными задачами, включая такие, решение которых вызывает затруднения даже у человека (рисунок 2).

Результаты когнитивных тестов макак сопоставимы с человеческими
Рисунок 2. Сравнение результативности выполнения человеком и обезьяной одинаковых текстов. Жирные кривые на графиках — средние значения по всем испытуемым. Планки погрешности на правом графике — ошибка среднего / ©Пресс-служба Института физиологии имени Павлова / Harauzov et al., 2016

Выяснилось, что обезьяны не уступают человеку, решая самые сложные задачи даже лучше некоторых людей. Причем одна обезьяна решала все задачи выше среднего уровня правильных ответов, полученного на человеке. В среднем число правильных ответов у обезьян и людей было одинаково и составило 85%.

Справедливости ради следует отметить, что у человека времени на раздумья было меньше: матрицы предъявляли всего секунду, инструкция же предписывала дать ответ как можно скорее. У обезьян ограничений во времени не было. В результате среднее время реакции на все типы матриц у человека составило 0,6 секунды, у обезьяны — 1,8. Этим, вероятно, объясняется отсутствие у большинства обезьян, в отличие от людей, зависимости времени ответа от сложности задачи.

Сходство кривых результативности человека и обезьяны позволяет предположить, что у обоих видов задействованы одинаковые нейронные механизмы при решении данного типа задач.

«Полученные нами в поведенческих экспериментах схожие результаты выполнения человеком и обезьяной когнитивных задач позволят в дальнейшем экстраполировать на человека результаты электрофизиологических исследований с участием приматов, что, в свою очередь, открывает широкие перспективы использования последних в качестве животной модели изучения нейронных механизмов зрительного восприятия и их нарушения в результате различных патологий», — говорит первый автор исследования Дарья Подвигина.

Кроме того, результаты показали, что уровень исследовательской активности обезьян (степень любопытства), оцененный по реакции на незнакомые предметы (тест «реакция на новый объект»), коррелирует со способностью к обучению когнитивной задаче по определению ориентации элементов в матрицах.

Иными словами, любознательные обезьяны обучаются значительно быстрее тех, которые не продемонстрировали интереса к незнакомым предметам. Тест «реакция на новый объект», таким образом, может использоваться в качестве экспресс-методики для отбора наиболее перспективных животных с целью их последующего обучения когнитивным задачам.

Работа выполнена при финансовой поддержке Программы фундаментальных научных исследований государственных академий на 2013–2020 годы.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Институт физиологии им. И. П. Павлова РАН — один из институтов Отделения биологических наук Российской академии наук. Институт ведет фундаментальные и прикладные исследования, направленные на раскрытие механизмов высшей нервной деятельности, функционирования сенсорных и висцеральных систем организма.
Позавчера, 12:00
2 минуты
Илья Ведмеденко

Как следует из обнародованных материалов, дальность действия перспективной американской системы гиперзвукового оружия Long Range Hypersonic Weapon превышает 2775 километров.

Позавчера, 09:30
9 минут
РНФ

Лечение онкологических заболеваний стандартным методом химиотерапии не только уничтожает злокачественные клетки, но и повреждает здоровые. Для решения проблемы российские ученые разработали химически «сшитые» вещества, способные избирательно накапливаться в «энергетических станциях» раковых клеток — митохондриях. Липофильный катион транспортирует вещество в клетки, а функционально активный компонент, бетулиновая кислота, провоцирует их гибель. Предполагается, что препарат будет воздействовать только на злокачественные клетки, что в будущем дает возможность лечения онкологии без тяжелых побочных эффектов.

Вчера, 21:25
1 минута
Мария Кривоченко

Видео Инги Аванесовой завораживают своей величественностью и безмятежностью. Глядя на них, создается впечатление, что ночь — это не просто другое время суток, а некое иное измерение.

Позавчера, 12:00
2 минуты
Илья Ведмеденко

Как следует из обнародованных материалов, дальность действия перспективной американской системы гиперзвукового оружия Long Range Hypersonic Weapon превышает 2775 километров.

Позавчера, 09:30
9 минут
РНФ

Лечение онкологических заболеваний стандартным методом химиотерапии не только уничтожает злокачественные клетки, но и повреждает здоровые. Для решения проблемы российские ученые разработали химически «сшитые» вещества, способные избирательно накапливаться в «энергетических станциях» раковых клеток — митохондриях. Липофильный катион транспортирует вещество в клетки, а функционально активный компонент, бетулиновая кислота, провоцирует их гибель. Предполагается, что препарат будет воздействовать только на злокачественные клетки, что в будущем дает возможность лечения онкологии без тяжелых побочных эффектов.

11 мая
3 минуты
Ольга Иванова

Исследователи из Японии отправили мышей в космос, чтобы изучить влияние гравитации на мышцы и их истощение на молекулярном уровне, и определили потенциального кандидата на роль гена, который влияет на атрофию мышц в условиях невесомости.

16 апреля
4 минуты
Илья Ведмеденко

Исследователи установили, что обнаруженный в Баренцевом море объект — погибшая советская субмарина типа «Крейсерская». Это одна из самых больших подлодок СССР периода Второй мировой.

23 апреля
11 минут
Василий Парфенов

Действующий глава NASA в рамках общения с прессой ответил на ряд вопросов, касающихся недавних заявлений российских политиков и главы «Роскосмоса» о скором отказе от собственного сегмента МКС. Администратор заверил всех, что агентство находится в хороших отношениях с Россией, а также поделился информацией о согласовании обмена местами для астронавтов и космонавтов в пилотируемых миссиях двух стран.

25 апреля
17 минут
Александр Березин

На этой неделе СМИ выдали новость, от которой можно впасть в шок: «Ранее из России уезжало около 14 тысяч исследователей [в год], теперь — 70 тысяч». Мы внимательно разобрались в ситуации и вынуждены отметить, что ничего подобного не было и нет. В реальности речь вовсе не об ученых и даже не о высококвалифицированных специалистах. Проблемы с учеными в России есть. Но в этом случае речь идет не о них, а о том, что отдельные бывшие комсомольские вожаки, удачно устроившиеся в РАН, перепутали утечку мозгов из России с отъездом из нее гастарбайтеров. Разбираемся, как это у них получилось.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: