Исследование показало, как мозг обнаруживает несоответствия между ожиданиями и реальностью

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.

Фото: commons.wikimedia.org by Quince Media, CC BY-SA 4.0

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.

Уточнения

Тала́мус иногда — зри́тельные бугры (лат. thalamus; от др.-греч. θάλαμος «комната, камера, отсек») — отдел головного мозга, представляющий собой большую массу серого вещества, расположенную в верхней части таламической области промежуточного мозга хордовых животных, в том числе и человека.

Нейро́н или нервная клетка (от др.-греч. νεῦρον «волокно; нерв») — узкоспециализированная клетка. Нейрон — электрически возбудимая клетка, которая предназначена для приёма извне, обработки, хранения, передачи и вывода вовне информации с помощью электрических и химических сигналов.