Исследование находит нейроны, которые кодируют результаты действий

Принимая сложные решения, мы должны учитывать множество факторов. Некоторые варианты имеют высокую отдачу, но сопряжены с потенциальными рисками; другие имеют меньший риск, но могут иметь меньшую награду, связанную с ними.

Новое исследование Массачусетского технологического института проливает свет на ту часть мозга, которая помогает нам принимать подобные решения. Исследовательская группа обнаружила группу нейронов в полосатом теле мозга, которая кодирует информацию о возможных результатах различных решений. Эти клетки становятся особенно активными, когда поведение приводит к результату, отличному от ожидаемого, что, по мнению исследователей, помогает мозгу адаптироваться к изменяющимся обстоятельствам.

«Большая часть этой мозговой активности связана с неожиданными результатами, потому что, если результат ожидается, на самом деле нечему учиться. Мы видим, что существует сильное кодирование как неожиданного вознаграждения, так и неожиданного отрицательного результата», — говорит Бернард Блум, бывший постдоктор Массачусетского технологического института и один из ведущих авторов нового исследования.

Нарушения такого рода принятия решений являются отличительной чертой многих нервно-психических расстройств, особенно тревоги и депрессии. Новые результаты показывают, что небольшие нарушения в активности этих нейронов полосатого тела могут заставить мозг принимать импульсивные решения или парализоваться из-за нерешительности, говорят исследователи.

Рафик Худа, бывший постдоктор Массачусетского технологического института, также является ведущим автором статьи, опубликованной в Связь с природой. Энн Грейбил, профессор Массачусетского технологического института и член Института исследований мозга Макговерна Массачусетского технологического института, является старшим автором исследования.

Учимся на собственном опыте

Известно, что полосатое тело, расположенное глубоко в мозгу, играет ключевую роль в принятии решений, требующих оценки результатов конкретного действия. В этом исследовании исследователи хотели узнать больше о нейронной основе того, как мозг принимает решения о затратах и ​​выгодах, в которых поведение может иметь как положительные, так и отрицательные результаты.

Чтобы изучить этот способ принятия решений, исследователи научили мышей крутить колесо влево или вправо. С каждым ходом они получали комбинацию награды (сладкая вода) и отрицательного результата (небольшой глоток воздуха). Когда мыши выполняли задание, они научились максимизировать доставку вознаграждения и минимизировать доставку воздушных затяжек. Однако на протяжении сотен испытаний исследователи часто меняли вероятность получения награды или глотка воздуха, поэтому мышам нужно было корректировать свое поведение.

Когда мыши научились вносить эти коррективы, исследователи зафиксировали активность нейронов в полосатом теле. Они ожидали найти нейронную активность, отражающую, какие действия являются хорошими и их нужно повторять, а какие плохими и каких нужно избегать. В то время как некоторые нейроны делали это, исследователи также обнаружили, к своему удивлению, что многие нейроны кодировали детали взаимосвязи между действиями и обоими типами результатов.

Исследователи обнаружили, что эти нейроны сильнее реагировали, когда поведение приводило к неожиданному результату, то есть когда вращение колеса в одном направлении приводило к противоположному результату, как это было в предыдущих испытаниях. Эти «сигналы ошибки» о поощрении и наказании помогают мозгу понять, что пора менять тактику.

Большинство нейронов, которые кодируют эти сигналы ошибки, находятся в стриосомах — скоплениях нейронов, расположенных в полосатом теле. Предыдущая работа показала, что стриосомы посылают информацию во многие другие части мозга, включая области, производящие дофамин, и области, участвующие в планировании движения.

«Похоже, что стриосомы в основном отслеживают фактические результаты», — говорит Блум. «Решение о том, совершать действие или нет, которое, по сути, требует объединения нескольких результатов, вероятно, происходит где-то ниже по течению в мозгу».

Вынесение суждений

Выводы могут иметь отношение не только к мышам, изучающим задачу, но и ко многим решениям, которые люди должны принимать каждый день, взвешивая риски и преимущества каждого выбора. Съедая большую тарелку мороженого после обеда, вы получаете немедленное удовлетворение, но это может способствовать увеличению веса или ухудшению здоровья. Если вместо этого вы решите есть морковь, вы почувствуете себя здоровее, но вы упустите возможность насладиться сладким лакомством.

«С точки зрения стоимости их можно считать одинаково хорошими», — говорит Блум. «Мы обнаружили, что полосатое тело также знает, почему они хороши, и знает, каковы преимущества и стоимость каждого из них. В некотором смысле активность там гораздо больше отражает потенциальный результат, чем вероятность того, что вы выберете его».

Этот тип сложного принятия решений часто нарушается у людей с различными нервно-психическими расстройствами, включая тревогу, депрессию, шизофрению, обсессивно-компульсивное расстройство и посттравматическое стрессовое расстройство. Злоупотребление наркотиками также может привести к нарушению суждений и импульсивности.

«Вы можете себе представить, что если все устроено таким образом, будет не так уж сложно запутаться в том, что хорошо, а что плохо, потому что есть некоторые нейроны, которые срабатывают, когда результат хороший, и они также срабатывают. когда результат плохой», — говорит Грейбил. «Наша способность совершать движения или мысли так, как мы это называем, зависит от этих различий, и если они размываются, это настоящая проблема».

Новые результаты показывают, что поведенческая терапия, нацеленная на стадию, на которой информация о потенциальных результатах кодируется в мозгу, может помочь людям, страдающим от этих расстройств, говорят исследователи.

Исследование финансировалось Национальным институтом здоровья/Национальным институтом психического здоровья, Фондом Сакса Кавано, Фондом Уильяма Н. и Бернис Э. Бампус, Фондом Саймонса, Семейным фондом Нэнси Лурье Маркс, Национальным глазным институтом, Национальный институт неврологических заболеваний и инсульта, Национальный научный фонд, Инициатива по исследованию аутизма Фонда Саймонса и JSPS KAKENHI.