Выживание часто зависит от способности животных, чтобы принимать решения за доли секунды, которые полагаются на представляя альтернативные фьючерсы: если за мной гонится голодный хищник, я заг осталось вам домой или зиг право вести хищника подальше от моей семьи? Когда две дороги расходятся в желтом древесины, которая приведет меня к завтраку и что даст мне стать завтраком? Оба выглядят на самом деле о том же, но воображение делает все различия.
В исследовании крыс, плавающих простой лабиринт, нейрофизиологи из Университета Сан-Франциско обнаружили, как мозг может создавать такие воображаемые сценарии будущего. Работа дает новую основу для понимания не только того, как мозг принимает решения, но и как воображение работает более широком смысле, говорят исследователи.
«Одним из мозга самых удивительных способностей, чтобы представить себе вещи, которые не прямо перед ним,» сказал Лорен Франк, доктор философии, профессор физиологии и медицинского института Говарда Хьюза следователя в Калифорнии центр интегративных нейронаук, содиректор университета Кавли Институт фундаментальной неврологии, а также членом Калифорнийского университета Вайля институт нейронаук. «Воображение является основой для принятия решений, но пока неврология не дает хорошее объяснение того, каким образом мозг формирует взгляды на будущее в режиме реального времени информировать различные виды повседневных решений, а отслеживать реальность одновременно.»
В новом исследовании, опубликованном 30 января, 2020, в клетку, Фрэнка команда крыс исследуйте М-образный лабиринт, в то время как запись нейронов в гиппокампе, называемые «нейроны места», которые, как традиционно считается, отслеживать животного месте-как нервная система GPS. Но так как крысы подошли к развилке в лабиринте, исследователи обнаружили, что их место-клеточной активности начали переключаться очень быстро — со скоростью в восемь раз в секунду-между представляющими животного текущего положения и два альтернативных пути, как бы говоря: «вот я-налево? — вот и я-идти прямо?»
Команда также продлила этот вывод на другой вид предполагал сценарий. Независимо от места расположения, место клеток также было известно, чтобы отслеживать направление движения животного. Ученые обнаружили, что нейроны места, представляющие противоположные направления путешествия также могут переключаться очень быстро взад и вперед, как бы говоря: «я иду в эту сторону, но я мог бы также развернуться и пойти в другую сторону».
«Фаст-клеток, переключение между настоящим и возможным путям было безошибочным, потому что он был настолько регулярным», — сказал Кеннет Кэй, к. м. н., научный сотрудник Колумбийского университета, который возглавлял исследование в качестве аспиранта в лаборатории Фрэнка. «Это было захватывающим, чтобы видеть, потому что скорость плюс постоянство-именно то, что нужно в любом количестве параметров реального мира, как для животных и человека.»
Колебания места клеток между настоящим и возможных вариантов будущего, не представляется непосредственно контролируя решений крыс о том, какой путь выбрать, но все-таки стал сильнее, как крыс подошел момент принятия решения, Кей и его коллеги обнаружили. Это предполагает, что исследователи роли гиппокампа в процессе принятия решений может быть, чтобы создать «меню» воображаемых сценариев для других частей мозга, что можно связать эти параметры с помощью прошлого опыта их ценность или потенциальную опасность, а затем принять соответствующее решение на основе животного тока — голод и жажда, страх или смелость.
«Мы считаем, что это показывает, что гиппокамп не только ответственным за запись прошлого и обработки в настоящем, но думать о будущем тоже», — сказал Фрэнк. «Это исследование является только первым шагом, но он открывает новые возможности для нас, чтобы изучить, как воображаемые сценарии составляются и анализируются в мозге, как животные принимают решения.»
Исследование предлагает новую концепцию гиппокамп как источник воображения
Гиппокамп, морской конек-образной структуры на каждой стороне мозга глубоко в височных долях, является одним из наиболее интенсивно исследуемых отделов головного мозга.
Повреждение гиппокампа-будь по-мозговой травмы или болезней, таких как болезнь Альцгеймера — лишает людей способности формировать новые воспоминания, ведущие 20-го века ученые для описания гипоталамусе мозга центр памяти. В 1970-х годах ученые определили место гиппокампа клетки, которые спонтанно создать карты новых условиях, как животных, изучить их, а затем хранить эти карты для последующего использования. Это открытие, которое было присвоено в 2014 году Нобелевской премии по физиологии и медицине, побудили ученых признать, что гиппокамп является также навигационный центр — ответственность за, допустим, позволяя животному найти свой путь обратно к месту, где он вспоминает едят эти вкусные ежевики прошлым летом.
Вдоль этих линий, предыдущие работы Фрэнка и другим показал, что место клеточную активность может анализировать животного последние движения, или даже предвидеть, где животное может быть и пойдет, но такая деятельность только видели, с перерывами-как правило, когда животные отдыхали или останавливаясь во время движения, как активно рассматривает их следующий шаг.
Новые клетки исследование является первым, чтобы показать, как клетки гиппокампа могут представлять различные гипотетические сценарии последовательно и систематически с течением времени. Такая система могла бы привести животных в движении сделать крайне быстрых решений в данный момент на основе этих воображаемых вариантов, а также отслеживать реалии животного, говорят исследователи. Он может даже играть определенную роль в способности мозга генерировать гипотетические сценарии или МЫСЛИ ШИРЕ.
«Регулярное переключение между настоящим и возможным … или реальный, и выдуманный, похоже быть надежная система для создания много идей, не только для механического запоминания или прогноза», — сказал Кей. «Гиппокамп может быть в корне наша способность к воображению».
Финансирование: работа выполнена при финансовой поддержке медицинского института Говарда Хьюза, Симмонса сотрудничество для глобального мозга (521921, 542981), Национальные институты здоровья (Р01 MH090188, Р01 MH105174), Национальным научным фондом (NSF) NeuroNex премии (дБи-1707398), и Гэтсби благотворительный фонд.