Vědci z Harvard Medical School při práci s myšmi počítajícími tečky běžícími bludištěm virtuální reality zjistili, že při navigaci ve vesmíru se mozek hlodavců spoléhá na kaskádu nervových signálů, které vyvrcholí jediným rozhodnutím, které podnítí zvíře zvolit jeden směr před druhým.
Výsledky, publikované 3. října v Nature Neuroscience, vykreslují obraz shromažďování, zpracování a rozhodování o prostorových informacích, které jsou složitější, než jsme si kdy mysleli.
Studie HMS zpochybňuje tradiční, desítky let starý model, který navrhuje, že jednoduché prostorové rozhodnutí je výsledkem přímé soutěže mezi dvěma nebo více odlišnými nervovými dráhami, přičemž jeden signál převažuje, aby potlačoval ostatní.
„Tento pohled na vítěze je elegantní, ale možná poněkud příliš zjednodušený,“řekl autor studie Chris Harvey, odborný asistent neurobiologie na Harvard Medical School. "Naše zjištění naznačují, že skupiny neuronů sledují všechny nedávno objevené vizuální podněty a používají tyto informace k informování o rozhodnutích. Nemusí existovat skutečná konkurence mezi dvěma nebo více cestami, alespoň ne v oblastech mozku, o nichž se předpokládá, že jsou podílet se na rozhodování."
V tomto smyslu, dodali vědci, rozhodování myší připomíná lidský akt shromažďování a zvažování všech důkazů před provedením volby.
Výzkumníci tvrdí, že jejich zjištění jsou raným krokem na cestě k odhalení mechanismů formování lidské paměti – základního neurologického procesu, který zůstává nedostatečně pochopen. Rozluštění toho, co se děje v nervových buňkách během formování paměti, může pomoci objasnit kritické závady, které se vyskytují v krátkodobé paměti a vedou ke zhoršenému rozhodování u řady neuropsychiatrických a neurodegenerativních poruch.
„Jakmile odhalíme různé pracovní vzorce a okruhy v mozku během formování paměti a rozhodování, můžeme začít hledat rozdíly ve vzorcích konektivity, které jsou základem abnormalit,“řekl Harvey. "To nám může poskytnout přehled o tom, jak mohou být tyto procesy chybné u neurodegenerativních stavů a neuropsychiatrických poruch."
Pro experimenty byly myši vycvičeny tak, aby počítaly až šest bodů na každé straně virtuálního bludiště ve tvaru T promítaného na obrazovku před nimi. Myši musely zvolit směr zobrazující větší počet teček a otočit se tímto směrem.
Úkol – na poměry hlodavců mimořádně složitý – je podobný tomu, jak lidé používají pouliční značky a orientační body k manévrování ve vesmíru, aby dosáhli cíle. Aby se připravily na výzvu simulovaného bludiště, byly myši trénovány v průběhu přibližně měsíce, učily se počítat až šest bodů a rozhodovat se, zda jít doleva nebo doprava v závislosti na počtu bodů promítaných na obrazovku. Když zvíře udělalo správný obrat, bylo odměněno několika doušky oslazené vody.
Ve svých experimentech se vědci zaměřili na neurony v zadním parietálním kortexu – části mozku, kde se sbíhají zrakové senzorické vstupy a motorické akce. Pro vizualizaci neuronální aktivity v reálném čase vědci vstříkli myším virus, který přiměl jejich mozkové buňky, aby svítily nebo fluoreskovaly, kdykoli byl elektrický impuls spuštěn něčím, co myš viděla. Tento přístup umožnil vědcům zmapovat „elektrickou síť“ukazující změny v tisících neuronů, jak se zvířata setkávala s podněty, získávala krátkodobé vzpomínky a dělala rozhodnutí.
Elektrické vzorce ukázaly, že aby se myš mohla správně rozhodnout, musela se spoléhat na krátkodobou paměť – vybavit si, kolik bodů viděla na jedné straně před několika sekundami – a poté tuto paměť převést na motor akci nebo akci otáčení doleva nebo doprava. Překvapivě se několik nervových signálů sbíhalo najednou, než se myš otočila, což naznačuje, že zvířata před rozhodnutím zvážila všechny dostupné podněty.
Výsledky také ukázaly, že mozkové buňky se nepozastavovaly a neresetovaly pokaždé, když bylo učiněno rozhodnutí. Místo toho si neurony vedly záznam věcí, které se staly v minulosti, a neustále se rozšiřující katalog, jak byly získávány nové zkušenosti.
Zjištění naznačují, že i ty nejjednodušší volby, jako je odbočení doleva nebo doprava, jsou výsledkem mnoha nervových signálů spuštěných nedávno zjištěnými podněty, které se pak šíří složitým, ale dobře organizovaným způsobem a sbíhají se do jediné rozhodnutí. Tento proces, řekli vědci, je elegantní ilustrací toho, jak pozorování narážky vytváří krátkodobou paměť, která zase vede k rozhodnutí.
