Специалисты из Массачусетского технологического института и Университета Западного Онтарио описали специфику кодирования реальной и воображаемой информации нейронами префронтальной коры.

Инструментальное поведение приматов во многом опирается на зрительный анализатор. При этом информация одновременно обрабатывается двумя способами: при непосредственном наблюдении стимула и воспоминании о нем. В последнем случае временное удаление предмета из поля зрения требует удержания образа в рабочей памяти. Однако то, является ли нейронный коррелят этих процессов общим, неясно. Согласно прошлым работам, визуальное восприятие, как рабочая память, опосредуются активностью латеральной префронтальной коры. В новой статье американские ученые привели результаты проверки гипотез о том, какие из ее нейронов участвуют в кодировании непространственных стимулов.

Для этого в правую латеральную префронтальную кору двух самцов макак-резусов (Macaca mulatta) имплантировали электроды, активность мозга изучалась методом магнитно-резонансной томографии (МРТ). Животные выполняли два типа заданий. В тестах на восприятие им демонстрировали облако точек, рядом с которым, спустя 1,2–2 секунды, возникало другое облако. Если стимулы двигались в одном направлении, обезьяна должна была отпустить клавишу. В испытании на рабочую память первое облако точек исчезало через одну секунду, и макаки вынуждены были вспоминать его траекторию для сравнения с новым. Во время экспериментов авторы зафиксировали активность 272 нейронов у каждой особи.

Локализация латеральной префронтальной коры (a) и распространенность преимущественно перцептивных (красный цвет) и мнемонических (синий цвет) нейронов относительно аркообразной (arcuate sulcus) и основной (principal sulcus) борозд. Размер окружностей соответствует силе кодирования направления / ©Diego Mendoza-Halliday et al., Nature Communications, 2017

Клетки, которые участвовали в обработке информации, располагались в задней части основной борозды мозга, большинство — в зонах 8a и 9/46. Анализ показал, что нейроны были специфичны, при этом 126 из них (46 процентов) значительно лучше реагировали на восприятие направления, чем предполагалось. Примерно 28 процентов клеток в большей степени кодировали воспринимаемое движение и 32 процента — скорее воспоминания о нем. Однако значительная часть нейронов параллельно выполняла обе функции. Последующая статистическая обработка позволила отнести, по критерию значимости, к перцептивным 32 процента, к мнемоническим — 40 процентов и к смешанным 28 процентов клеток.

Любопытно, что сила кодирования положительно коррелировала у нейронов зрительного восприятия и запоминания, тогда как максимальная чувствительность оказалась характерна для смешанных клеток. Затем ученые сравнили показатель с точностью выполнения заданий. Поскольку макаки лучше справлялись с первым вариантом теста, авторы пришли их к выводу, что активность перцептивных клеток превышает силу кодирования мнемонических. Исключение из рассмотрения перцептивно-мнемонических нейронов снижало точность ответов в три-четыре раза. Также для выявления различий между однонаправленной и противоположной траекторией точек использовались разные паттерны кодирования.

В то же время паттерны кодирования для наблюдения и запоминания были практически идентичны. Сила примерно трети нейронов обнаружила связь с углом отклонения между предполагаемой и истинной траекторией движения стимулов. Проверка с помощью алгоритма, обученного методом опорных векторов, подтвердила результаты. По мнению авторов, полученные данные проясняют нейронный механизм кодирования непространственных визуальных стимулов. Описание работы отдельных нейронов префронтальной коры может помочь в разработке новых методов лечения нейропсихических заболеваний, например шизофрении, для которой характерно смешение наблюдаемого и образов.

Подробности работы представлены в журнале Nature Communications.

Ранее ученые обнаружили специфические популяции «нейронов окрестности», а также «нейронов счастливых» и «пугающих воспоминаний».