Протянуть руку и взять предмет — что может быть проще действия, которое мы совершаем сотни раз на дню, особо не задумываясь о его реальной нейрофизиологической природе? Между тем способность целенаправленно брать руками вещи является критичной для выживания приматов, и расшифровка механизма, делающего такое поведение возможным, давно занимает специалистов, исследующих работу мозга.
Спрашивается, как увязать простоту этих последовательностей с, казалось бы, намного более сложными функциями мозга, такими как мышление и планирование?
Как показал эксперимент, проведенный двумя нейрофизиологами из Университета Вашингтона в Сент-Луисе, чью статью публикует Science, дистанция между ними небольшая. Выяснилось, что разным моделям возбуждения мотонейронов соответствуют и разные стратегии поведения обезьян, натренированных выполнять одну и ту же задачу — преодолев несложное препятствие, схватить нужный предмет рукой.
Последовательность возбуждения нейронов, разная у двух макак, позволила непосредственно увидеть, как работает их мышление на уровне сигнализации нейронов, диктующей отличия в «когнитивных стилях» обезьян.
Собственно, этот вывод стал побочным и довольно неожиданным результатом опыта, изначальной целью которого было усовершенствовать методику, позволяющую более точно отделять одни нейронные сигналы от других.
Активность моторных нейронов, связанная с целенаправленными действиями, часто изучается с помощью стандартного эксперимента, во время которого обезьяны должны поймать объект на экране монитора, двигая кружок-прицел из центра к периферии круга, на которой, среди прочих, расположена нужная мишень, выделенная определенным цветом.
skin: article/incut(default)
data:
{
"_essence": "test",
"incutNum": 1,
"picsrc": "Cтандартный эксперимент, во время которого обезьяны должны поймать объект на экране монитора, двигая кружок-прицел из центра к периферии круга, на которой, среди прочих, расположена нужная мишень, выделенная определенным цветом // Moran/Pearce",
"repl": "<1>:{{incut1()}}",
"uid": "_uid_4693717_i_1"
}
Простой классический эксперимент, когда обезьяне нужно поймать мишень ловушкой, двигая ее по прямой линии, не позволяет отделить ансамблевый вектор, кодирующий, например, расположение мишени, от вектора, кодирующего направление движения руки, так как эти параметры — направление движения и расположение цели — совпадают.
Чтобы разделить сигналы и лучше понять механизм оперативного планирования, стоящий за целенаправленными манипуляциями, авторы статьи усложнили опыт, введя препятствие между мишенью и ловушкой и замерив активность в общей сложности 723 нейронов моторного кортекса (343 у одной обезьяны, и 380 — у другой).
skin: article/incut(default)
data:
{
"_essence": "test",
"incutNum": 6,
"picsrc": "Усложненный стандартный эксперимент, в котором появляется препятствие // Moran/Pearce",
"repl": "<6>:{{incut6()}}",
"uid": "_uid_4693717_i_6"
}
В первом препятствие (ловушка в виде квадратной скобки) либо не появлялось, либо появлялось, но никак не мешало провести ловушку к мишени по прямой линии. Во втором мишень была видна, но препятствие появлялось не сразу, а с некоторой задержкой после того, как мишень начинала мигать, сигнализируя, что можно двигать ловушку к цели. В третьем скобка то исчезала, то появлялась, мешая провести ловушку к мишени по прямой траектории.
Для большей ясности в конце эксперимента была проделана стандартная процедура по сведению воедино данных, полученных от каждой обезьяны, однако непротиворечивая картина не выстраивалась — векторы «смотрели» в разные стороны.
«Это не сработало, и мы были очень разочарованы, так как не могли понять, почему итоговая подгонка данных дает противоречивый результат», признается Томас Пирс, один из авторов статьи, в пресс-релизе Университета Вашингтона.
Между тем, все противоречия исчезли, когда данные по каждой обезьяне были рассмотрены в отдельности. Выяснилось, что если в первом и третьем заходах формирование ансамблевого вектора, кодирующего движения рукой, происходило примерно по одному сценарию, во втором заходе, когда препятствие возникало неожиданно, обезьяны проявляли выраженную индивидуальность поведения, руководствуясь каждая своей собственной стратегией «уловления банана».
Поскольку терпеливая обезьяна не корректировала дополнительно курс ловушки, распланировав движение заранее, ее выжидательная стратегия оказывалась более эффективной, и цель она захватывала быстрей, чем более непоседливая. В то же время в опытах, когда препятствий не было, непоседливая макака оказывалась более проворной, быстрее доставая условный «банан», чем обезьяна-консерватор.
По мнению авторов, оба сценария, которым соответствуют разные картины импульсной активности нейронов, иллюстрируют разные когнитивные стратегии, или разные характеры:
более осторожный и консервативный, когда действия заранее планируются, и более импульсивный, рискованный и рассчитанный на более короткую перспективу (более короткий вектор), когда ошибки корректируются уже «по ходу дела».
skin: article/incut(default)
data:
{
"_essence": "test",
"incutNum": 6,
"picsrc": "Усложненный стандартный эксперимент, в котором появляется препятствие // Moran/Pearce",
"repl": "<6>:{{incut6()}}",
"uid": "_uid_4693717_i_6"
}
Определить это сможет лишь слепая статистика естественного отбора мутаций генов, накладывающих персональный отпечаток на сигнальное поведение нейронов посредством целого арсенала химических регуляторов, которые вырабатываются клетками — гормонов, энзимов, нейромедиаторов и прочих нейрофакторов, формирующих, в конечном итоге, наш «характер».
Вся палитра таких «характеров», отличающих одну особь от другой, в конечном итоге базируется на пластичности отдельной нейросети, формирующей персональную стратегию поведения в ответ на внешние вызовы. Совокупность же таких стратегий увеличивает шансы выживания популяции как сообщества отдельных особей — как осторожных, так и смелых, как экспериментаторов, так и охранителей.
