Принятие решений — один из самых загадочных процессов в работе мозга. Даже в одинаковых условиях разные люди могут сделать противоположные выборы. Ученые долгое время пытались понять, как именно нейроны взаимодействуют, чтобы прийти к единому решению, особенно в условиях неопределенности.
Новое исследование, проведенное специалистами Принстонского университета в сотрудничестве с Cold Spring Harbor Laboratory, Стэнфордским университетом и Бостонским университетом, проливает свет на этот вопрос. Результаты, опубликованные в журнале Nature, показывают, что, несмотря на сложные и разнообразные реакции отдельных нейронов, их активность подчиняется общей структуре, которая в конечном итоге приводит к однозначному выбору.
Ранее считалось, что мозг обрабатывает простые сенсорные сигналы — например, базовые формы или звуки — предсказуемым образом. Так, черный прямоугольник, повернутый на 45 градусов, активирует определенную группу нейронов в зрительной коре. Однако принятие решений, особенно связанных с действиями, гораздо сложнее. Чтобы изучить этот процесс, исследователи провели эксперимент с макаками-резусами. Обезьянам показывали экран с красными и зелеными клетками и просили определить, какой цвет преобладает. В простых случаях выбор был очевиден, но в неоднозначных ситуациях животным требовалось больше времени на размышление.
Во время выполнения задачи ученые регистрировали активность нейронов в дорсальной премоторной коре — области мозга, отвечающей за преобразование решений в действия. Оказалось, что нейроны реагировали по-разному даже в рамках одного и того же испытания. Эта «гетерогенность» активности долгое время оставалась загадкой.
Чтобы разобраться в механизмах, ученые разработали вычислительную модель, которая учитывала два ключевых фактора: «настройку» нейронов, то есть их склонность реагировать на определенные решения, и «нейронную динамику» — процесс, который можно представить в виде ландшафта с долинами и склонами. В этой метафоре долины символизируют стабильные решения, а склоны определяют, насколько быстро и уверенно мозг приходит к выбору.
Модель показала, что в легких задачах «ландшафт» был крутым, что ускоряло принятие решений. В сложных случаях он становился более плоским, из-за чего возрастала вероятность ошибок. При этом, несмотря на индивидуальные различия в активности нейронов, все они подчинялись единой динамике.
Ранее ученые обнаружили нейроны, связывающие стресс с нарушениями сна и памяти. Исследование может привести к открытию новых методов лечения психических расстройств.
