Верхний холмик — это область среднего мозга, которая, как традиционно считается, помогает животным ориентироваться в важных местах в пространстве, например, направлять глаза и голову на яркую вспышку света. Новое исследование Чикагского университета показывает, что эта часть мозга также играет роль в сложных когнитивных задачах, таких как визуальная категоризация и принятие решений.
В исследовании, опубликованном в Nature Neuroscience, ученые измерили информацию, содержащуюся в паттернах активности мозговых клеток в нескольких областях мозга, участвующих в принятии решений о визуальных категориях. Исследователи отслеживали активность в верхнем холмике (SC) и части задней теменной коры (PPC), области коры головного мозга, которая важна для принятия визуальных категориальных решений.
К своему удивлению, они обнаружили, что активность в SC была даже более вовлечена в принятие решений субъектами относительно категорий, чем в PPC, что позволяет предположить, что она помогает координировать когнитивные процессы более высокого порядка , которые, как традиционно считалось, происходят в неокортексе.
«Это действительно удивительное место для обнаружения подобных когнитивных сигналов, поскольку эта область мозга традиционно связана с более простыми формами пространственной ориентации и даже рефлекторными функциями», — сказал соавтор исследования Дэвид Фридман из Института нейронауки при Чикагском университете. «У нас есть эта эволюционно древняя структура мозга, которая, по-видимому, даже более вовлечена в сложные когнитивные решения, чем области коры, которые мы изучали в наших экспериментах».
Всем животным, от рыб и рептилий до млекопитающих, таких как приматы и люди, необходимо быстро различать и классифицировать объекты в поле зрения. Является ли движущийся к ним объект препятствием или угрозой? Это что-то, мчащееся мимо хищника или добычи?
SC — это область мозга, которая эволюционно сохраняется у всех позвоночных, даже у тех, у кого нет более сложного неокортекса. Она помогает ориентировать движения головы и глаз на визуальные стимулы, и традиционно считалось, что она запускает рефлекторные двигательные действия, передавая входные сигналы из вышестоящих областей мозга.
Однако недавние исследования показали, что он также участвует в решении сложных задач, таких как выбор точки ориентации и обращение внимания на стимулы в разных пространственных точках.
Фридман и его команда годами изучали другие корковые области с сильными анатомическими связями с SC. Эти смежные области участвуют в гибких и когнитивно сложных задачах принятия решений, и исследователи хотели выяснить, участвует ли SC также в более абстрактном мышлении.
В последнем исследовании они обучили обезьян выполнять задачу визуального принятия решений, в которой они просматривали изображения на экране компьютера. Животные получали вознаграждение в виде фруктового сока за нажатие кнопки в нужное время, чтобы отнести изображения к правильным категориям.
Пока испытуемые выполняли задание, исследователи регистрировали активность клеток мозга в SC и латеральной интрапариетальной области (LIP), части PPC, которая, как ранее показала лаборатория Фридмана, участвует в принятии решений о категориях во время выполнения подобных задач.
Поскольку для выполнения задания испытуемым требовалось удерживать взгляд на одной точке и обозначать свой выбор движением руки, экспериментальный дизайн выделил мозговую активность, необходимую для категоризации, а не движения глаз или головы, которые обычно считаются работой SC.
Исследователи увидели много активности в SC, которая кодировала категории изображений, на которые смотрели животные, и эта активность была сильнее, чем в PPC. Они также провели эксперимент, в котором вводили препарат, чтобы временно заглушить SC во время той же задачи. Хотя это не нарушило большинство двигательных и зрительных функций испытуемых, это резко повлияло на их способность правильно категоризировать изображения, пока действие препарата не прекратилось.
«Наши результаты показывают, что эта область действительно важна для этой задачи», — сказал Фридман. «Даже в задачах, где животным не нужно двигать глазами или направлять внимание на разные места, верхний холмик участвует в этих более сложных когнитивных действиях».
Фридман сказал, что не просто удивительно обнаружить эту активность в SC; это может означать что-то о том, почему эта область мозга задействована для решения таких сложных задач . Поскольку она присутствует у всех позвоночных, от примитивных акул до современных людей , это была одна из самых ранних областей мозга, которая эволюционировала, чтобы помогать обрабатывать визуальные входы и генерировать соответствующие движения.
Но в этом новом исследовании он также участвует в решительно непространственных функциях. Может ли это быть признаком того, что пространственная обработка придает особую «силу» решению проблем?
Фридман указал на движения глаз и жесты рук , которые делают люди, когда нас просят вспомнить что-то или принять решение. Если кто-то спрашивает, что вы ели на ужин вчера вечером, например, ваши глаза часто поднимаются вверх, как будто ответ написан на потолке. Или, взвешивая решение между двумя вариантами, вы можете двигать руками вверх и вниз, как две чаши весов.
«Некоторые из этих данных могут говорить нам о том, что причина, по которой мы совершаем подобные пространственные жесты и движения глаз, заключается в том, что пространственные части мозга задействуются для помощи нам в выполнении этих непространственных когнитивных функций», — сказала соавтор исследования Барбара Пейсахович.
Или у всех нас был опыт, когда мы с трудом понимали что-то, написанное текстом, например, длинный пресс-релиз об исследовании в области нейронауки, но все сразу вставало на свои места, когда та же информация была представлена в графическом виде.
«Говорят, что картинка стоит 1000 слов — даже очень простая пространственная диаграмма может быстро передать гораздо больше информации, чем вы можете описать», — сказал Фридман. «Это как будто мозг создал эту прекрасную ментальную миллиметровку, которую он может использовать для решения как пространственных, так и непространственных задач».
