Оптогенетика змусила макак дізнатися незнайоме

Психологи з Токіо знайшли у макак область мозку, що відповідає за розпізнання об'єкта як вже знайомого: це група нейронів, точна активація яких стала можлива завдяки методам оптогенетики. Результати можуть говорити про те, що крім фізичних характеристик об'єкта існують якісь інші, і мозок враховує їх, приймаючи рішення. Роботу опубліковано в журналі.

Обробка візуальної інформації - непросте завдання для мозку, і досі не всі особливості цього процесу зрозумілі вченим. Існує гіпотеза про два потоки, або зорові шляхи: один потік відповідає за розташування об'єкта в просторі, а інший розпізнає сам об'єкт (що це, який він). Розпізнавання об'єкта відбувається по вентральному шляху, який починається з зорової кори, і проходить через ряд інших областей, зокрема, скроневу частку, пов'язану з довгостроковою пам'яттю. На кінцевій станції зорового шляху периринальні нейрони кодують ідентичність знайомих об'єктів (які ми вже вивчили), також вони пов'язані з системою винагороди і багатьма іншими характеристиками об'єктів, тоді як їх фізичні параметри обробляються на ранніх стадіях зорового шляху.

Дослідники вирішили зрозуміти, чим саме займаються нейрони в периринальній корі - чи тільки передають інформацію про фізичні атрибути і таким чином ідентифікують об'єкт, чи існують нефізичні атрибути, які кодуються цими нейронами? Під нефізичними атрибутами в даному випадку розуміється інформація про те, чи знайомий це об'єкт. Мавпу можна навчити розділяти об'єкти на знайомі і незнайомі, і якщо активувати правильний пучок нейронів, то це значимо вплине на відповіді приматів. Якщо вірно перше припущення, то будь-який об'єкт під стимуляцією здасться тваринам знайомим, у другому випадку будь-який об'єкт здасться їм новим.

Стимуляція проводилася за допомогою оптогенетики: нейрони чотирьох дорослих мавп () модифікували таким чином, щоб вони відповідали на стимуляцію лазером. Як нефізичний атрибут, з кодуванням якого належало розібратися, використовувалася «вивченість» об'єкта: тренування на їх запам'ятовування тривало не менше трьох місяців. Приматам демонстрували візуальні об'єкти різної форми і кольору на моніторі комп'ютера, всі об'єкти були або «знайомими» (їх мавпам показували багаторазово на кожній тренувальній сесії), або «новими» (їх мавпам показували не частіше, ніж раз на місяць), кількість і тих та інших була рівною. Як додатковий параметр у тест ввели кілька рівнів візуального шуму, щоб більш тонко простежити зміни у візуальному розпізнаванні, і намацати психофізичний поріг, за яким «знайоме» і «нове» міняються місцями під впливом стимуляції.

Під оптогенетичною стимуляцією примати значно частіше розпізнавали об'єкти, як «знайомі», незалежно від того, чи були вони такими насправді. У 36 експериментальних сесіях з 73 автори виявили значущий вплив активації нейронів на відповіді приматів (наприклад, коли новий об'єкт називали знайомим, або впізнавали сильно замаскований об'єкт). Зрушення в бік судження про об'єкт як про «новий» не спостерігалося. Вчені проаналізували активність нейронів, що відповідають на нові і знайомі стимули, і їх щільність, і не знайшли зв'язків зрушення у відповідях приматів під впливом оптогенетичної стимуляції з щільністю відповідних нейронів.

Результати стимуляції лазером відрізняються від результатів традиційної електричної стимуляції. Вчені випробували обидва способи, і виявили, що під електричною стимуляцією стався зсув на користь обох суджень, а також цей зсув виявився пропорційним щільності відповідних нейронів в активованому регіоні.

Оскільки оптогенетична стимуляція дозволяє «вселяти» мавпам, що всі об'єкти - знайомі, це може означати, що периринальні нейрони просто виробляють сигнал «я це вже бачив». Таким чином, механізм розпізнання об'єкта, ймовірно, може бути таким: коли активність периринальних нейронів досягає порогу, об'єкт розпізнається як «знайомий», і як «новий», якщо поріг не досягнуто. Автори вважають, що результати підтверджують їх припущення про те, що мозок обробляє нефізичні атрибути об'єкта, щоб винести судження про нього.

Вчені вже обманювали сприйняття кольору у риб, також ми писали про те, як розпізнають «обличчя» риби, макаки і люди.