Чтобы человек ориентировался в пространстве, мозг создает карты окружающей среды. Ученые из США впервые описали, как именно это происходит.
Кадр из видео, изображающего эксперимент с мышами и виртуальной реальностью / © Weinan Sun et al., Nature
Многие современные исследования в области нейробиологии направлены на то, чтобы понять, как мозг человека усваивает новые знания и навыки. В одной из недавних работ удалось выяснить, что, запоминая маршрут, мышь во сне как бы проходит по нему заново. Однако не было известно, каким образом подобная информация «откладывается в голове».
Специалисты из нескольких университетов США провели эксперимент на мышах и с помощью особого микроскопа впервые проследили за формированием так называемой когнитивной карты в головном мозге. Результаты их исследования появились в научном журнале Nature.
Авторы публикации наблюдали за активностью тысяч нейронов в мозге мышей, пока те учились ориентироваться в двух разных виртуальных коридорах. В одном из них вознаграждение (вода) находилось ближе, в другом — дальше. На старте мышам с помощью специального индикатора подсказывали, в каком месте стоит искать награду.
Обучение у всех животных происходило по одной и той же логике. Сначала они научились не пытаться лакать воду там, где ее не должно было быть. Потом поняли, что в каждом коридоре получают награду только один раз. Затем, наконец, перестали искать награду в начале пути, если находились в коридоре, где вода располагалась дальше.
Когда мыши только начинали знакомиться с коридорами, нейронная активность в каждом из них была одинаковой и напоминала линию. По мере обучения у двух этих «дорожек» появлялось все больше и больше различий, отражающих разные сигналы и разные места получения награды. К концу эксперимента даже одна и та же часть (например, начало) разных коридоров кодировалась неодинаково — это позволяло мышам понимать, как скоро они найдут воду в каждом из пространств.
Исследователи обнаружили, что различать похожие места помогают специальные клетки. Именно они кодируют информацию, которую получают органы чувств.
Дальнейшие исследования этого механизма помогут усовершенствовать методы лечения, которые применяются при расстройствах памяти, например при болезни Альцгеймера. Кроме того, считают ученые, появится возможность создать алгоритмы искусственного интеллекта, еще более сходные с человеческим мозгом.
