Як мозок підключає нову інформацію до встановлення цілей
Використовуючи сканування головного мозку людей-добровольців, дослідники з Принстонського інституту неврології (PNI) виявили, що оновлення цілей відбувається в префронтальній корі і, схоже, включає сигнали, пов'язані з хімічною речовиною мозку дофаміном. Коли дослідники використовували магнітний імпульс для переривання активності в цій ділянці мозку, добровольці не змогли перейти на нове завдання, коли грали в гру, що вимагала від них натиснення кнопки, побачивши, як на екрані з'являються листи.
"Ми знайшли фундаментальний механізм, який сприяє здатності мозку концентруватися на одному завданні, а потім гнучко переключатися на інше завдання", - сказав Джонатан Коен, доктор філософії, співдиректор PNI. "Порушення в цій системі є центральними для багатьох критичних розладів когнітивних функцій, таких як ті, що спостерігаються при шизофренії та обсесивно-компульсивних розладах".
Коен пояснив, що існуючі дослідження показали, що коли нова інформація використовується для оновлення завдання, поведінки або цілі, ця інформація зберігається у типі короткострокової пам'яті, відомій як робоча пам'ять. Однак дослідники не знали, які механізми були задіяні для оновлення цієї інформації.
Щоб з’ясувати це, дослідницька група Коена використовувала функціональну магнітно-резонансну томографію (fMRI) для сканування мозку добровольців, які грали у гру, в якій вони натискали певну кнопку залежно від конкретної візуальної репліки.
Якщо доброволець побачив літеру А до того, як побачити букву Х, йому або їй потрібно було натиснути кнопку 1. Але якщо доброволець побачив букву В до того, як побачити Х, учасник повинен був натиснути кнопку 2. А і В подавали як нова інформація, яку людина використовувала для оновлення своєї мети - вирішити, яку кнопку натиснути. Інша версія завдання вимагала від тих самих учасників натиснути кнопку 1, побачивши X, незалежно від того, чи було показано A чи B.
За допомогою фМРТ дослідники виявляли активність у правій префронтальній корі під час виконання завдань, які вимагали від учасників пам’ятати, бачили вони А чи Б перед натисканням на правильну кнопку, але не під час завдань, коли учасник мав натискати кнопку лише тоді, коли йому було запропоновано на X.
Ці результати підтвердили результати попереднього дослідження, проведеного Коеном, яке використовувало інший метод сканування для оцінки часу мозкової діяльності. Використовуючи електроенцефалографію (ЕЕГ), дослідники виявили, що префронтальна кора показала сплеск електричної активності мозку через 150 мілісекунд після того, як учасник переглянув літеру А або В.
У рамках нового дослідження вчені продемонстрували, що префронтальна кора справді є ділянкою мозку, що займається оновленням робочої пам'яті, посилаючи короткий магнітний імпульс в область. Цей імпульс порушив активність кори в точно визначений час - як показала ЕЕГ - дослідники підозрювали, що префронтальна кора оновлює робочу пам’ять.
Коли дослідники ввели імпульс у праву сторону префронтальної кори приблизно через 150 мілісекунд після того, як добровольці побачили А або В, учасники не змогли натиснути правильні кнопки, сказав Коен.
«Ми передбачали, що якби імпульс був доставлений до тієї частини правої префронтальної кори, яка спостерігалася за допомогою фМРТ, і в той час, коли мозок оновлює свою інформацію, як виявляє ЕЕГ, тоді суб’єкт не буде зберігати інформацію про А і В, втручаючись у його чи її виконання в натисканні кнопки, - сказав Коен.
Врешті-решт, дослідники дослідили свою теорію, згідно з якою дофамін - природний хімікат, який бере участь у мотивації та винагороді - позначає нову інформацію, що надходить у префронтальну кору, важливою для оновлення робочої пам’яті та цілей.
Коен та його команда зобразили область мозку, яка називається середній мозок, яка містить скупчення нервових клітин, званих дофамінергічними ядрами, які є джерелом більшості сигналів дофаміну в мозку.
Використовуючи фМРТ з високою роздільною здатністю, дослідники досліджували активність цих клітин, що вивільняють дофамін, в мозку добровольців, зайнятих у грі. Дослідники виявили, що активність у цих областях корелювала з активністю в правій префронтальній корі та зі здатністю добровольців натискати правильні кнопки.
"Чудовою частиною було те, що сигнали дофаміну корелювали як з поведінкою наших добровольців, так і з їхньою мозковою активністю в префронтальній корі", - сказав Коен. "Ця сузір'я висновків дає вагомі докази того, що дофамінергічні ядра дозволяють префронтальній корі тримати інформацію, яка є важливою для оновлення поведінки, але не інформацію, яка не є такою".
Дослідження опублікувало Праці Національної академії наук.
Джерело: Принстонський університет
