Ученые выяснили, как животные выбирают между конкурирующими потребностями

Хотя во многих исследованиях изучалась нейробиология того, как животное учится достигать цели, например, добывать воду при жажде, ни в одном из них не было понимания того, как животные выбирают между несколькими конкурирующими потребностями — до сих пор.

В исследовании, проведенном под руководством Корнельского университета и опубликованном 27 сентября в журнале Nature, использовались разработанные учеными передовые методы отслеживания дофаминовой системы вознаграждения мозга, и впервые было установлено, что эта система гибко перенастраивается на достижение наиболее важной цели при наличии нескольких конкурирующих потребностей.

В ходе исследования выяснилось, что когда одинокий и измученный жаждой самец зебрового вьюрка встретил самку, его жажда уменьшилась, и он сосредоточил свое внимание на ней, что отразилось на работе дофаминовой системы.

Наряду с расширением наших представлений о том, как дофаминовые нейроны и пути влияют на сложное поведение, это открытие может также помочь в разработке новых систем искусственного интеллекта, имитирующих нейронные сети и дофаминовые системы вознаграждения.

Насколько мне известно, новым в нашей работе было то, что мы меньше интересовались тем, как животное достигает поставленной цели, и больше интересовались тем, что происходит, когда перед ним ставится несколько целей, — говорит Джесси Голдберг, доцент кафедры нейробиологии и поведения и старший автор исследования.

Исследователи уже более ста лет изучают взаимосвязь между дофамином и обучением. Нейроны дофамина выстреливают в ответ на вознаграждение, удовлетворяя различные потребности, такие как голод, жажда, одиночество, изучение языка, песен и т.д. При получении вознаграждения, например, воды при жажде, дофаминовые нейроны проявляют бурную активность. По словам Голдберга, через эту систему работают все наркотики, вызывающие зависимость.

Исследователи разработали методику с использованием оптических методов регистрации и сконструированного вируса. Гены вируса управляли экспрессией флуоресцентных дофаминовых сенсоров, в результате чего ткани флуоресцировали пропорционально уровню дофамина. Оптические волокна, помещенные в мозг, позволяли измерять повышение и понижение уровня дофамина во время исполнения птицами песен, ухаживания за самками и питья воды. Если предыдущая система с использованием электродов позволяла исследователям измерять сигналы дофамина в течение 30 минут, то новый метод позволяет измерять активность нейронов в течение четырех часов подряд на протяжении нескольких недель.

Это было ключевое техническое достижение, которое позволило сделать открытие, — замечает Голдберг.

В ходе экспериментов Голдберг и его коллеги изолировали самцов зебровых вьюрков, которые являются социальными животными, и заставили их испытывать жажду. Самца научили распознавать, что мигающий свет означает, что он может поклевать носик и попить, и когда птица была одна, этот сигнал вызывал большой выброс дофамина и поиск воды. Но когда в клетку добавили самку, самец проигнорировал сигнал, и дофаминовый сигнал прекратился.

Интуитивно понятно, но не было показано ранее, что ухаживание снижает потребность в жажде, — заключает Голдберг.

И это важно, поскольку в сложной естественной среде приоритеты меняются по мере появления новых возможностей.

По его словам, это изменение отразилось как в поведении птицы, так и в дофаминовом сигнале.

По мнению исследователей, центры обучения в головном мозге динамически перестраиваются в разные моменты времени, когда животное меняет свои приоритеты в ответ на новые возможности в окружающей среде.

27.09.2023