Ученые впервые увидели, как мозг держит в голове сразу несколько версий происходящего

Ученые из Массачусетского технологического института выяснили, что у мышей в мозгу формируются четкие нейронные «представления» разных гипотез. Это первое экспериментальное подтверждение того, что мозг действительно может одновременно обрабатывать несколько версий реальности — и делать выбор в пользу той, которая, как выясняется, ведет к нужной цели. Работа опубликована в журнале Nature Neuroscience.

Когда мы ищем знакомое место, но детали не до конца ясны — например, среди множества одинаковых кирпичных зданий — мозг может удерживать в уме сразу несколько возможных вариантов: «Это то здание? Или то дальше по улице?» Оказывается, такая способность к «мысленному навигированию» не уникальна для человека.

Команда профессора Марка Харнетта исследовала, как работает участок мозга, называемый ретроспленальной корой. Он связан с навигацией и получает информацию от зрительной коры, гиппокампа и других участков мозга.

Мышей поместили в круглый лабиринт с 16 отверстиями по периметру. Только одно из них давало награду, и ориентироваться нужно было по светящимся точкам на полу. Позже задача усложнилась: появлялись две одинаковые точки, и только та, что была расположена против часовой стрелки, указывала на награду. Но мышь никогда не видела обе точки одновременно — ей приходилось вычислять, где она находится, вспоминая, какой путь прошла и в каком направлении движется.

Во время выполнения этой задачи исследователи отслеживали активность нейронов в ретроспленальной коре. Они обнаружили, что в момент неопределенности — когда мышь еще не знала точно, какая точка ведет к награде — в мозгу формировались два отчетливо разных паттерна активности. Каждый из них соответствовал одной из возможных гипотез: «я здесь» или «я там». Когда информация становилась достаточной, чтобы принять решение, оба паттерна «схлопывались» в тот, что соответствовал верному варианту. Таким образом, мозг мыши не просто «хранил» варианты — он активно использовал их, чтобы вычислить, как добраться до цели.

Интересно, что аналогичные «двойные представления» ранее уже наблюдали в работе искусственной нейросети, обученной решать подобную задачу. Как показали сравнения, в мозге мышей активность тоже организуется в тесно связанные нейронные сети — нечто вроде «умных блоков», которые способны гибко переключаться между вариантами.

Это открытие, считают авторы, может помочь не только глубже понять, как мозг решает сложные задачи, но и продвинуть разработку систем искусственного интеллекта, способных оперировать неопределенной информацией так же, как это делает живое существо.