Вопрос, который хотела решить аспирантка Университета Дьюка Сара Хейлброннер, заключался в том, активно ли эта область мозга, называемая задней поясной корой, или ПКК, ослабляет когнитивные функции, например, позволяя уму блуждать, или вместо этого отслеживает производительность и пытается ее улучшить. при необходимости.Если бы PCC контролировал и улучшал производительность, повышенная активность была бы результатом плохой работы, а не ее причиной.По словам Хейлброннера, PCC подключается как к системе обучения, так и к системе вознаграждения, и является частью «сети режима по умолчанию».
Он расположен по средней линии между ушами, где можно найти множество структур, связанных с наградами. «Это своего рода связующее звено для множества систем», — сказал Хейлброннер, который в настоящее время является докторантом по нейроанатомии в Университете Рочестера.«По мере того, как эта область начинает ухудшаться, у людей начинают проявляться первые признаки когнитивного спада — проблемы с обучением и запоминанием, заблуждениями, планированием проблем — что в конечном итоге проявляется как явное слабоумие», — сказал Майкл Платт, директор Duke Institute для Brain Sciences, который руководил диссертацией Хейльброннера в 2012 году. Их выводы опубликованы 18 декабря в журнале Neuron.
Эксперимент Хейльброннера по лучшему пониманию роли PCC в обучении и запоминании основывался на двух макаках-резусах, снабженных электродами для считывания активности отдельных нейронов в их мозгу. Их задача была сродни игре глазами в видеоигры. Обезьянам ежедневно показывали серию фотографий, отмеченных точками в верхнем левом и нижнем правом углах. Чтобы получить полезную струю сока, им нужно было переместить взгляд на правильную целевую точку на фотографии, и они методом проб и ошибок узнали, какая точка принесет награду за каждую фотографию.
Каждый день им показывали до 12 фотографий из ассортимента снимков, сделанных Хейльброннером из отпуска в Йеллоустонском национальном парке и Гранд-Каньоне. Некоторые из изображений за каждый день были знакомы с известной целью вознаграждения, а другие были новыми.
Когда обезьяны отвечали взглядом, исследователи наблюдали за активностью десятков нейронов в мозгу каждой обезьяны сразу после правильных и неправильных ответов. Они также изменили количество выдаваемого сока в некоторых случаях, создавая ощущение, что ответы на вопросы будут высоко или низко вознаграждены.Если PCC активно снижает производительность, исследователи ожидают увидеть его активным до того, как будет сделан выбор или получена обратная связь.
Вместо этого они увидели, что это работает после обратной связи, иногда продолжающейся до представления следующего изображения. Нейроны в PCC сильно реагировали, когда обезьянам нужно было узнать что-то новое, особенно когда они совершали ошибки или не получали достаточного вознаграждения, чтобы сохранять мотивацию.Исследователи также выполнили задачу после введения препарата мусцимол, который временно нарушил функцию PCC во время тестирования.
Когда центр был инактивирован препаратом, обезьяны могли вспомнить ранее полученные знания независимо от размера награды. Изучение нового предмета все еще было возможно, когда награда была большой, но обезьяны не могли узнать ничего нового, когда награды были маленькими. «Возможно, это того не стоило», — сказал Хайльброннер.Эксперимент по демпфированию также подтвердил то, что исследователи увидели во времени ответа PCC.
Если роль этого центра состоит в том, чтобы позволить разуму блуждать, производительность должна улучшиться при введении мусцимола, но все было наоборот.Хайльброннер заключает, что PCC требует больше ресурсов для сложной когнитивной задачи. Таким образом, вместо того, чтобы быть причиной низкой производительности при выполнении задачи, PCC фактически вмешивается во время вызова, чтобы улучшить ситуацию.
«Это исследование говорит нам, что здоровый PCC необходим для мониторинга производительности и поддержания мотивации во время обучения, особенно когда проблемы являются сложными», — сказал Платт.Хейльброннер сейчас заинтересован в том, чтобы выяснить, является ли PCC более важным для обучения, чем для его воспоминаний, и как мотивация взаимодействует с отклонениями PCC, наблюдаемыми при болезни Альцгеймера.