В исследовании крысы, играющие в игру за пищевое вознаграждение, обычно действовали стратегически, но переходили к случайному поведению, когда сталкивались с особенно непредсказуемым и труднопроходимым конкурентом. Животные иногда застревали в режиме случайного поведения, но исследователи во главе с руководителем лаборатории Джанелии Аллой Карповой и докторантом Гованом Терво обнаружили, что они могут восстановить нормальное поведение, манипулируя активностью в определенной области мозга. Поскольку поведение животных, застрявших в этом случайном режиме, имеет некоторое сходство с поведением пациентов, затронутых психологическим состоянием, называемым выученной беспомощностью, полученные данные могут помочь объяснить это состояние и предложить стратегии его лечения. Карпова, Терво и их коллеги опубликовали свои выводы в номере журнала Cell от 25 сентября 2014 года.
Мозг отлично интегрирует информацию из прошлого опыта, чтобы направлять процесс принятия решений в новых ситуациях. Но в определенных обстоятельствах случайное поведение может быть предпочтительнее. У животного может быть лучший шанс избежать хищника, например, если он движется непредсказуемо. А в новой среде неограниченное исследование может иметь больше смысла, чем полагаться на внутреннюю модель, разработанную в другом месте.
Поэтому ученые давно предполагают, что у мозга может быть способ отключить влияние прошлого опыта, чтобы поведение могло развиваться случайным образом, говорит Карпова. Но другие не согласились. «Они утверждают, что это неэффективно и что это будет противоречить тому, что некоторые люди называют одним из важнейших принципов работы мозга — использовать наш прошлый опыт и знания для оптимизации поведенческого выбора», — отмечает она.Карпова и ее коллеги хотели посмотреть, могут ли они создать ситуацию, которая заставит животных переключиться на этот случайный режим поведения. «Мы пытались создать обстановку, которая доводила бы до крайности необходимость создания поведенческой изменчивости и непредсказуемости», — говорит она. Они сделали это, поместив крыс в соревновательную среду, в которой смоделированный компьютером участник определял, какое из двух отверстий в стене принесет сладкую награду.
Виртуальный конкурент, опыт которого варьировался экспериментаторами, проанализировал поведение крыс, чтобы предсказать их будущий выбор.«Мы думали, что если мы придумаем очень сложных конкурентов, то животные в конечном итоге не смогут понять, как их победить, и будут вынуждены либо сдаться, либо переключиться в этот [случайный] режим, если такой режим существует», Карпова. Именно это и произошло: столкнувшись со слабым конкурентом, животные сделали стратегический выбор, основываясь на результатах предыдущих испытаний.
Но когда опытный конкурент делал убедительные прогнозы, крысы игнорировали прошлый опыт и делали случайный выбор в поисках награды.Теперь, когда у них были доказательства того, что мозг может генерировать как стратегическое, так и случайное поведение, Карпова и ее коллеги захотели узнать, как он переключается между режимами. Поскольку этот переключатель определяет, влияет ли внутренняя модель мира животного на его поведение, ученые заподозрили, что он может включать область мозга, называемую передней поясной корой, где эта внутренняя модель, вероятно, закодирована.Они обнаружили, что они могут заставить животных переключаться между случайным и стратегическим поведением, манипулируя уровнем гормона стресса, называемого норэпинефрином, в передней поясной коре головного мозга.
Повышение уровня норэпинефрина в области активировало случайное поведение и подавляло стратегический режим. Торможение высвобождения гормона имело противоположный эффект.Команда Карповой заметила, что животные в их экспериментах иногда продолжали вести себя беспорядочно, даже когда такое поведение больше не приносило пользы. "Если все, что они испытали, — это действительно изощренный конкурент в течение нескольких сеансов, который мешает их попыткам стратегического контрпрогнозирования на основе моделей, они переходят в этот [случайный режим] и могут застрять в нем на некоторое время после этого конкурента больше нет », — говорит она. По ее словам, это напоминает состояние усвоенной беспомощности, при котором принятие стратегических решений ухудшается после опыта, в котором человек обнаруживает, что он не может контролировать свое окружение.
Ученые смогли вывести животных из этого «застрявшего» состояния, подавив высвобождение норадреналина в передней части поясной извилины. «Просто манипулируя одним нейромодуляторным входом в одной области мозга, вы можете значительно усилить стратегический режим. Эффект достаточно силен, чтобы вывести животных из случайного режима и успешно превратить их в лиц, принимающих стратегические решения», — говорит Карпова. «Мы думаем, что это может пролить свет на то, что пошло не так в таких условиях, как приобретенная беспомощность, и, возможно, как мы можем помочь облегчить их».Карпова говорит, что теперь, когда ее команда обнаружила механизм, который переключает мозг между случайным и стратегическим поведением, она хотела бы понять, как это поведение контролируется в более естественных условиях. «Обычно мы стараемся использовать все наши знания, чтобы мыслить стратегически, но иногда нам все же нужно исследовать», — говорит она.
В большинстве случаев это, вероятно, означает короткие приступы случайного поведения в периоды, когда мы не уверены в актуальности прошлого опыта, с последующим возвращением к более стратегическому поведению — более тонкому балансу, который Карпова намеревается исследовать на уровне изменений в активности. в отдельных нейронных цепях.