Нейробиологи установили, что по едва уловимым мимическим движениям морды можно судить о стратегиях, используемых мышью при принятии решений. К такому заключению они пришли в результате наблюдений за животными, бегущими по специальной дорожке.
В 2020 году ученые из Германии обнаружили, установлено, что мимика мышей связана с их эмоциональным состоянием. В ходе эксперимента животных подвергали воздействию электрического тока, давали им горький сахар и делали инъекции хлорида лития, что вызывало у них дискомфорт. Изучив видеозаписи реакции грызунов, ученые определили шесть мимических выражений, соответствующих основным эмоциям, таким как страх, отвращение и удовольствие.
Исследователи во главе с Фанни Казетт из Университета Экс-Марсель (Франция) выяснили, что мышиная морда представляет собой не произвольный набор движений, а сложный «сенсор», осуществляющий вычисления в мозге. Для этого ученые зафиксировали поведение грызунов на беговой дорожке и позволили им выбирать между двумя поилками, содержащими подслащенную воду, получение которой периодически менялось.
После нескольких безуспешных попыток животным предстояло определить, какую поилку использовать, – остаться на текущем месте или переместиться к другой. Успех их выбора определялся применяемой стратегией: одни грызуны опирались на подсчет неудачных попыток, другие – на число полученных позитивных результатов. Выражение мордочек животных фиксировалось камерой со скоростью 60 кадров в секунду, после чего сотни элементов микроскопических движений были выделены с помощью математических алгоритмов.
В ходе десяти экспериментальных сессий нейробиологи зафиксировали приблизительно 14 тысяч действий, совершённых участниками исследования, в том числе облизывание поилок. Из них 5877 облизываний были связаны со стратегиями, не приведшими к успеху, 6896 – с оценкой полученных наград, а 1593 – с импульсивными решениями. Анализ каждого движения позволил выявить, какой именно скрытый когнитивный процесс был задействован в момент принятия решения и как он проявлялся в мимике.
Результаты научной работы, опубликованной в журнале Nature Neuroscience, показали, что даже когда мышь выбирала одну стратегию, на ее мордочке «проявлялись» следы альтернативных решений, которые мозг вычислял параллельно. Несмотря на выбор основной стратегии, к примеру, основанной на череде неудач, в движениях усов и области носа «проскакивали» едва заметные признаки альтернативных вариантов.
Сопоставление полученных данных с активностью нейронов в различных областях коры головного мозга ( дополнительной моторной, орбитофронтальной и обонятельной), Казетт и коллеги пришли к выводу, что выражение морды было столь же информативным, как популяции нейронов, а в некоторых случаях даже точнее. При этом в дополнительной моторной области информация появлялась на 50 миллисекунд раньше, чем в мимике, что указывает на ее ключевую роль в запуске выражений.
Нейробиологические исследования подтвердили, что мимика демонстрирует не только эмоциональное состояние, но и сложные мыслительные операции, такие как рассмотрение различных альтернатив при принятии решений. Способность определять мыслительные процессы по выражению лица может привести к созданию неинвазивных методов диагностики психических расстройств и нейродегенеративных заболеваний.