Крысы обладают воображением, сравнимым с нашим собственным, говорится в исследовании
Новое исследование показывает, что крысы обладают воображением, сравнимым с нашим собственным, — способностью, которая, как считалось, присуща крупным приматам и некоторым крупным животным. Регистрируя активность гиппокампа грызунов с помощью интерфейса «мозг-машина», исследователи показали, что они воспроизводят нейронные паттерны, соответствующие ранее посещенному месту (с помощью устройства виртуальной реальности), не посещая его физически.
Гиппокамп — область мозга, необходимая для пространственной памяти и воображения. Для этого в нем хранятся ментальные карты посещенных мест, которые впоследствии могут пригодиться для вспоминания или моделирования. Мысленное воспроизведение каждой среды избирательно запускает определенную группу нейронов. Другими словами, существует паттерн многоклеточной активности, специфичный для каждого места или воспоминания. Во время физического перемещения эта модель может использоваться в качестве эталона и играть ключевую роль в процессе принятия решения.
Однако существенный аспект воображения основан на относительно другом паттерне нейронной активности. Если представить себе, например, прогулку по пляжу, сидя в кресле дома, то активизируемые нейронные паттерны не включают в себя локальную среду. Это требует волевого контроля активности нейронов. У животных до сих пор не было известно, контролируется ли подобная активность добровольно или она является отражением пассивных (непроизвольных) процессов, связанных с памятью.
Новое исследование, проведенное группой специалистов из Janelia Research Campus Медицинского института Говарда Хьюза (HHMI), позволяет предположить, что у животных, по крайней мере у крыс, этот контроль действительно является добровольным. Это означает, что они обладают ключевым аспектом воображения, который до сих пор считался характерным только для человека. Чонгси Лай, ведущий автор исследования, объясняет, что «крысы действительно могут активировать представление мест в окружающей среде, не посещая их физически», точно так же, как это делаем мы.
Эксперименты с использованием «дешифратора мыслей» в реальном времени
Для того чтобы выяснить, действительно ли крысы обладают воображением, Лаи и его команда разработали «дешифратор мыслей», работающий в режиме реального времени и позволяющий измерять активность нейронов и расшифровывать их значение. Устройство состоит из интерфейса «мозг-машина» (ИММ), совмещенного с системой виртуальной реальности (ВР) с углом обзора 360°. Система устанавливает прямую связь между электрической активностью гиппокампа и положением животных в ВР-пространстве. Животные перемещаются по пространству на сферической беговой дорожке и получают вознаграждение при достижении цели. Это позволяет установить, могут ли крысы вызывать активность нейронов, связанную с определенным местом в этом пространстве, не двигаясь физически, т.е. могут ли они представлять себе это место.
После разработки дешифратора исследователи создали «словарь мыслей» для интерпретации мыслей крыс. В частности, в этом словаре собраны паттерны или модели нейронной активности, соответствующие каждому эксперименту, т.е. каждому месту в VR-пространстве, которое посетили грызуны.
На втором этапе беговая дорожка отключается, и крысы получают вознаграждение, когда они воспроизводят паттерн нейронной активности, связанный с целевым местом в VR-пространстве. Исследователи назвали эту задачу «Прыгун», отсылая к одноименному фильму 2008 года. Подобно сценарию фильма, животные использовали свои мысли для «навигации» к вознаграждению, сначала представляя, куда они хотят попасть. Этот мыслительный процесс похож на тот, который мы используем, например, когда нам нужно пойти в знакомый магазин, и мы представляем (еще до выхода из дома), через какие места нам нужно пройти, чтобы туда попасть.
Второе задание, названное «Джедай», что является отсылкой к саге «Звездные войны», заключалось в том, что крысам предлагалось мысленно (т.е. представляя себе) переместить какой-либо предмет в определенное место в ВР-пространстве. Затем исследователи меняли местоположение объекта, заставляя грызунов воспроизводить паттерн мозговой активности, связанный с этим новым положением.
Затем специалисты обнаружили, что грызуны способны точно и гибко управлять имагинативной активностью гиппокампа, причем, скорее всего, добровольно. Более того, они способны поддерживать активность, связанную с конкретным местоположением, в течение нескольких секунд, что сопоставимо с человеческим временем. «Поразительно то, как крысы научились думать именно об этом месте, и ни о каком другом, в течение очень длительного времени, исходя из наших, возможно, весьма наивных представлений о продолжительности внимания крысы«, — объясняет соавтор исследования Тимоти Д. Харрис (Thimothy D. Harris) из Janelia Research Campus.
Кроме того, технология, разработанная в рамках данного исследования, потенциально может быть применена в протезах для помощи людям, страдающим от серьезных повреждений мозга. Результаты исследования подробно описаны в журнале Science.