Scienty

Мозг обезьяны использует относительное положение объектов для ориентации, а не фиксированные координаты в пространстве. Благодаря этому нейроны способны одновременно фокусироваться на разных точках, сосредотачиваться на одной из них и планировать перемещение к другой.

Фото: img.freepik.com

В обычной жизни люди нередко осуществляют несколько задач параллельно. К примеру, водитель следит за дорогой, контролирует показания приборов и удерживает руль. Каждое из этих действий нуждается в отдельном направлении взгляда. Как правило, наше зрение, внимание и намеченная цель совпадают, однако порой их необходимо разделить. Это представляет собой непростую задачу для мозга, поскольку ему требуется одновременное управление тремя различными системами координат.

Ранее существовало мнение, что для пространственной ориентации мозг использует некую абсолютную систему координат, аналогичную GPS. Однако оставался открытым вопрос о том, как в рамках единой системы можно оптимально распределять ресурсы между зрением, вниманием и двигательными функциями. Недавнее исследование выявило, что мозг применяет более адаптивный механизм: он формирует временные системы координат, основанные не на абстрактном пространстве, а на расположении объектов относительно друг друга.

Михаил Лебедев и Стивен Уайз, возглавлявшие группу нейробиологов, провели исследование активности отдельных нейронов в мозге макаки-резуса во время решения сложной задачи. Полученные данные опубликованы в виде препринта на портале bioRxiv.

Обезьяна находилась в кресле напротив двух кормушек с провизией. Одна кормушка, которая не двигалась, была установлена человеком, а вторая была закреплена на роботе. Робот непрерывно перемещался, привлекая внимание обезьяны, и ей приходилось постоянно следить за его передвижениями.

Животное получало сигнал о начале движения к еде только тогда, когда роботизированная кормушка оказывалась в пределах досягаемости. В ходе испытаний целью могло стать как передвижение кормушки, так и ее неподвижное положение. Это вызывало противоречие: обезьяне требовалось сосредотачиваться на одном объекте, одновременно планируя действия для достижения другого.

Исследователи фиксировали активность нейронов в пяти структурах лобной коры: в дорсальной и вентральной премоторной областях, в дополнительной моторной области, в дорсолатеральной префронтальной коре и во фронтальном глазном поле. У значительной части нейронов во всех пяти областях, от 35% до 65%, наблюдалась адаптация к относительному положению объектов. Так, некоторые нейроны проявляли повышенную активность, когда одна кормушка располагалась справа от другой, независимо от их конкретного местоположения.

Различные области мозга отвечали за разные аспекты обработки информации. В дорсолатеральной префронтальной коре и фронтальном глазном поле – зонах, отвечающих за зрение и планирование – большая часть таких нейронов кодировала положение взгляда. Их активность указывала на то, на какую из кормушек была направлен взгляд обезьяны – относительно левую или правую. В то же время в моторных областях нейроны чаще сообщали, какой из объектов привлек внимание или стал целью для движения, даже если взгляд был направлен в иную сторону.

Фактически, мозг не использовал единую, заранее определенную схему, а формировал временные, зависящие от контекста представления. Это сопоставимо с тем, как люди ориентируют других: вместо указания точных координат они говорят, например, «ключи находятся справа от чашки». Именно эта возможность создавать «относительные карты» позволяет мозгу эффективно управлять вниманием и действиями.

Это событие можно рассматривать как значительный прогресс в изучении механизма многозадачности, который, как оказалось, основан не на одной сложной структуре, а на совокупности постоянно адаптирующихся и относительно простых процессов.