Особое коммуникационное подпространство в мозге превращает цели в действия

Человек постоянно адаптирует свои действия и поведение в ответ на изменения в окружающей среде. Предыдущие нейробиологические исследования предполагают, что этот процесс адаптации основан на способности мозга преобразовывать абстрактные цели или правила в конкретные физические действия или поведение, однако его нейронные механизмы до сих пор не до конца изучены.

Исследователи из Тюбингенского университета (Германия) провели исследование, направленное на лучшее понимание того, как контекстно-зависимые ментальные представления в области мозга, известной как префронтальная кора (ПФК), преобразуются в планы движений, которые обрабатываются в первичной моторной коре (М1). Их результаты, опубликованные в журнале Nature Neuroscience, привели к выявлению отдельного коммуникационного подпространства, связывающего ПФК и М1, Через него передается контекстная информация, которая может использоваться для планирования действий.

«Адаптивное поведение основано на способности преобразовывать абстрактные правила и цели в действия, соответствующие текущему контексту, — написали Неха Биниш, Йонас Терлау и их коллеги в своей статье. - Предполагается, что активность нейронных популяций в префронтальной коре поддерживает такие гибкие вычисления посредством многомерной динамики, тогда как активность в первичной моторной коре более непосредственно связана с выполнением движений. Как контекстуальные представления в префронтальной коре преобразуются в последующие планы действий в первичной моторной коре, остается неизвестным».

В рамках своего исследования Биниш, Терлау и их коллеги зарегистрировали нейронную активность в мозге 12 пациентов с резистентной к лекарствам эпилепсией, которым в рамках лечения были имплантированы электроды в мозг. Особое внимание они уделили активности в ПФК и первичной моторной коре (ПМК), поскольку более ранние работы предполагали, что эти области играют ключевую роль в гибком планировании будущих действий или поведения.

«Предыдущие исследования предполагают, что низкоразмерные кодирующие подпространства могут организовывать межареальную коммуникацию, но прямых доказательств существования таких механизмов коммуникации на уровне популяции у людей нет, — пишут авторы. - Мы используем внутричерепные записи из префронтальной коры и первичной моторной коры человека, чтобы идентифицировать коммуникационное подпространство, встроенное в высокоразмерную активность префронтальной коры, которое избирательно передает поведенчески значимую информацию на уровне отдельных проб».

Участникам исследования было предложено выполнить задание, требующее как можно быстрее обнаружить конкретную цель, используя контекстные подсказки в качестве ориентира. Анализируя мозговую активность, зарегистрированную во время выполнения участниками этого задания, с помощью вычислительных и статистических инструментов, исследователи обнаружили упрощенный путь передачи нейронной сигнализации (т.е., коммуникационное подпространство), по которому, по-видимому, контекстная информация передавалась из префронтальной коры в первичную моторную кору.

«Активность в этом подпространстве предсказывает действия, зависящие от контекста, сильнее, чем в любом другом регионе, что выявляет фундаментальный принцип кодирования, согласно которому скоординированная динамика популяций в разных областях фильтрует и передает прогностическую информацию для управления действиями, зависящими от контекста», — написали Биниш, Терлау и их коллеги.

В их недавней работе  выявлено новое коммуникационное подпространство между префронтальной корой и первичной моторной корой, которое, по-видимому, избирательно передает контекстную информацию, имеющую поведенческое значение и способствующую планированию движений. Поскольку в их исследовании участвовало всего 12 человек, необходимы дальнейшие исследования для подтверждения их наблюдений.

В целом, предварительные результаты исследования, по-видимому, подтверждают идею о том, что мозг использует упрощенные каналы коммуникации для эффективной передачи информации, которая может помочь в планировании будущих действий. Если эти результаты подтвердятся в дальнейших исследованиях, они потенциально могут улучшить понимание неврологических или психиатрических состояний, характеризующихся трудностями в планировании будущих действий, включая болезнь Паркинсона и шизофрению.

В будущем усилия исследователей могут также послужить основой для разработки новых технологий, включая нейропротезы и другие устройства, способные взаимодействовать с человеческим мозгом, преобразуя намерения человека в конкретные команды. Одновременно они могут привести к созданию новых алгоритмов, которые будут планировать действия роботов, адаптируясь к изменениям в окружающей среде.

Игорь НАУМОВ
По материалам Medical Xpress