Исследователи из Центра Сэйнсбери Уэллком при Университетском колледже Лондона обнаружили, как две области мозга — неокортекс и таламус — взаимодействуют для обнаружения несоответствий между ожиданиями животных от своей среды и реальными событиями. Эти несоответствия, известные как ошибки прогнозирования, усиливаются за счёт выборочного активации нейронов, реагирующих на неожиданные сенсорные стимулы.
Эти результаты углубляют понимание предиктивной обработки в мозге и могут помочь объяснить изменения мозговых контуров при расстройствах аутистического спектра (РАС) и шизофренического спектра (РШС).
В рамках исследования, опубликованного в журнале Nature, учёные использовали мышей в среде виртуальной реальности, чтобы изучить природу сигналов ошибок прогнозирования и механизмы их возникновения. Мыши перемещались по знакомому коридору в поисках награды, в то время как исследователи вводили неожиданные визуальные стимулы.
Двухфотонная кальциевая визуализация позволила записывать активность нейронов в первичной зрительной коре, первой области неокортекса, которая получает визуальную информацию.
Результаты показали, что мозг не просто кодирует различие между ожидаемыми и фактическими визуальными вводами, как предполагалось ранее. Вместо этого мозг усиливает реакции нейронов, предпочитающих неожиданные визуальные стимулы, что делает эти события более заметными. Это усиление сигналов ошибок прогнозирования связано с взаимодействием двух групп нейронов: VIP-экспрессирующих ингибирующих интернейронов в V1 и таламической области, называемой pulvinar.
VIP-нейроны действуют как коммутатор, регулирующий активность pulvinar, что, в свою очередь, усиливает сенсорные реакции в неокортексе.
Исследователи планируют продолжить изучение того, как мозг вычисляет ошибки сенсорного предсказания и как эти сигналы влияют на обучение. Также они исследуют, как их открытия могут помочь в понимании нейронных механизмов, лежащих в основе РАС и РШС, предполагая, что дисбаланс в системе ошибок прогнозирования может быть ключом к этим расстройствам.