Карта нейронной активности мозга во время сложного поведения

Картирование симфонии мозга: выявление нейронной активности во время сложного поведения. Представьте, что вы можете заглянуть в мозг, когда он организует сложный танец ощущений, решений и действий. Это новаторское исследование приближает нас к этой цели, представляя беспрецедентную карту нейронной активности, которая охватывает почти весь мозг мыши во время сложной задачи по принятию решений. Задача нейробиологии уже давно заключается в том, чтобы понять, как сотни взаимосвязанных областей обрабатывают сенсорную информацию, вплетают прошлый опыт и в конечном итоге направляют поведение. Традиционно усилия были разрозненными: разные лаборатории изучали разные области мозга, каждая из которых использовала свои собственные методы. Этот новый подход объединяет данные из 12 лабораторий, в которых мышей обучали одной и той же сложной задаче, где животные должны были видеть, принимать решения и действовать. Масштаб этого исследования ошеломляет: более 600 000 нейронов, зарегистрированных у 139 мышей, с зондами, отбирающими пробы из 279 различных областей мозга. Мыши сталкивались с визуальной задачей: обнаружить стимул на экране и, используя свои лапы, повернуть колесо, сигнализируя о своем решении. Задача была разработана не только для исследования сенсорных и двигательных способностей, но и для проверки того, как мыши используют ожидания и адаптируются к изменяющимся вероятностям. Когда мыши делали выбор, датчики фиксировали электрическую симфонию мозга. Визуальная информация сначала вызвала активность в классических визуальных областях, но сигналы быстро распространились наружу, задействуя области среднего и заднего мозга. Эти области не просто обрабатывали то, что видели мыши, они также были глубоко вовлечены в оценку вариантов и подготовку к действию. Одним из самых поразительных открытий является повсеместность сигналов, связанных с движением. Независимо от того, готовилась ли мышь повернуть колесо или действительно двигалась, нейронные отголоски предстоящего действия звучали почти повсюду в мозге. Обратная связь - будь то награда или тайм-аут - также вызывала широкий отклик. Например, акт облизывания для получения награды вызывал скоординированные колебания, намекая на изменение состояния мозга в моменты удовлетворения. Но представления мозга не однородны. Например, зрительные стимулы кодировались наиболее надежно и быстро в традиционных визуальных областях, а затем более постепенно и широко в областях, связанных с принятием решений. Между тем сигналы выбора возникали не только во фронтальной и теменной областях, но и в таламусе, среднем мозге, заднем мозге и даже мозжечке, что позволяет предположить, что принятие решения в меньшей степени является прерогативой одной области и в большей степени коллективным процессом. Удивительно, но даже в областях, которые обычно не связаны с задачей, таких как слуховая кора и субикулум, нейронная активность иногда отражала сенсорные, выборные или двигательные переменные, особенно во время более сложных или медленных испытаний. Это распределенное динамическое кодирование стирает границы между специализированными и универсальными областями мозга. Чтобы расшифровать эти закономерности, исследователи использовали расширенный анализ, прогнозируя поведенческие переменные на основе нейронной активности, анализируя вклад отдельных клеток и отслеживая траектории в масштабах популяции по мере принятия решений. В результате была получена многомерная карта, которая фиксирует как поток информации, так и ее преобразование по мере ее перемещения через мозг. Этот масштабный набор данных, теперь доступный для научного сообщества, открывает новые горизонты для понимания того, как мозг объединяет ощущения, ожидания, действия и вознаграждение. Он побуждает нас переосмыслить простоту модели «локализованной функции», раскрывая мозг, в котором вычисления распределены, гибки и глубоко переплетены как с внутренними состояниями, так и с внешним миром. Путешествие к полному разгадке кодов мозга продолжается, но с этой картой в руках исследователи лучше, чем когда-либо, оснащены для того, чтобы разгадать его тайны.