Как мозг оценивает прошлый опыт

В неопределённой ситуации активность нейронов меняется так, чтобы действия мозга соответствовали какому-то оптимальному срединному значению.

Все мы знаем, что прошлый опыт сильно влияет на то, как мы воспринимаем окружающий мир, что мы по его поводу думаем и как  в нём действуем. Если мы оказываемся в неопределённой ситуации и не знаем, что делать и как поступать, мы вспоминаем, что с нами было раньше, и как-то оптимизируем своё поведение.

Иными словами, мы оцениваем вероятность события в зависимости от того, насколько мы уверены в нём, а уверенность наша зависит от данных, которые у нас есть и которые продолжают к нам поступать, и которым мы в той или иной степени доверяем. В таком виде вероятность (как зависящую от степени доверия) изучает так называемая байесовская статистика, и наш мозг во многих случаях работает по её правилам. Но что при этом происходит в самом мозге?

Исследователи из Массачусетского технологического института экспериментировали с обезьянами, которых заставляли пройти тест на угадывание временных интервалов. Тест выглядел так: сначала загорался один световой сигнал, потом, через какое-то время, второй, а потом обезьяна должна была сама подать сигнал, повторив временной интервал, который был между двумя предыдущими сигналами. Если она верно угадывала время, то получала награду.

Интервалы были двух разных видов. В одном случае второй сигнал загорался через 480–800 миллисекунд, то есть он мог появиться и через 500, и через 600, и через 700, и т. д. В другом случае интервал был 800–1200 мс. Чувство времени – вещь неточная, поэтому и мы, и обезьяны в таких случаях даём приблизительный ответ, стараясь, конечно, угадать как можно точнее. Но что угадывать в таком тесте? Если до этого у нас был разброс в пределах 480–800 мс, когда нам нужно подать сигнал? Тут как раз и включается оценка предыдущего опыта: из экспериментов с людьми известно, что человек старается выбрать какое-то срединное значение в пределах интервала.

То же самое сейчас продемонстрировали обезьяны, и самое интересное тут происходило тогда, когда животные видели 800-миллисекундный интервал. Если обезьяна полагала, что интервал должен быть короткий (то есть если до этого она видела короткие интервалы), то она подавала сигнал раньше, чем через 800 мс. Если же обезьяна полагала, что интервал должен быть длинным, то она ждала дольше 800 мс.

Убедившись, что обезьяны, как и мы, действуют в согласии со своими ожиданиями, исследователи сосредоточились на активности мозга. Они измерили активность более 1400 нейронов в той зоне коры, про которую известно, что она отвечает за чувство времени. Нейроны здесь должны были принимать сенсорную информацию о тех временных интервалах, которые обезьяна видела, и корректировать двигательные сигналы, чтобы обезьяна подала световой сигнал через подходящее время. За нейронами наблюдали довольно долго, чтобы понять, как меняется их активность в ходе накопления опыта.

По активности нейронов в «центре чувства времени» можно было понять, какие интервалы они отсчитывают. В статье в Neuron говорится, что по мере наблюдения за интервалами накопленный опыт менял активность нервных клеток, склоняя их выбирать то самое среднее значение, о котором упоминалось выше. В зависимости от контекста, в зависимости от того, предполагала ли обезьяна долгий или короткий интервал, 60% нейронов начинали в свой активности сдвигаться либо к одному среднему значению, либо к другому.

В компьютерной модели с виртуальными нейронами исследователи показали, что здесь происходит перестройка синапсов: новый опыт, новые данные усиливали или ослабляли те или иные синапсы в нейронных цепях, чтобы дать преимущество тем или иным временны́м сигналам.

Теперь нужно в самом мозге увидеть, как в нём то усиливаются, то ослабляются межнейронные синапсы, соединяющие предыдущий опыт с планированием действий. Скорее всего, тот же механизм работает не только когда приходится угадывать время, но и в остальных ситуациях с неопределённым исходом.

Наверно, стоит уточнить, что и сам опыт бывает разный. Есть вещи, которые произошли недавно, и есть что-то, что случилось давно. Сравнительно недавно мы писали, что отдалённый опыт имеет мало значения – мы склонны забывать то, что случилось слишком давно, и помним только недавние успехи и поражения, и что это зависит от того, как левое и правое полушарие оценят наши прошлые успехи. Было бы любопытно узнать, как сочетаются описанный байесовский механизм с более-менее отдалёнными событиями.