Будучи людьми, мы можем использовать свое воображение, чтобы представить себе места, которые мы посещали раньше. Будь то наш последний отпуск на пляже или место, которое нам нравится, мы обычно неплохо умеем использовать свое живое воображение. Но наши способности, возможно, не такие уж уникальные. На самом деле, похоже, что крысы могут делать нечто подобное. Исследователи обнаружили, что крысы могут перемещаться по месту, которое они ранее исследовали, просто используя свои мысли, что говорит о том, что у них есть воображение.

Команда из исследовательского кампуса Джанелия Медицинского института Говарда Хьюза разработала новую систему, которая сочетает в себе виртуальную реальность и мозго-машинный интерфейс для наблюдения за внутренними мыслями крысы. Как и у людей, когда крысы знакомятся с местами и событиями, в гиппокампе активируются паттерны нейронной активности, отвечающие за пространственную память.

«Крыса действительно может активировать представление мест в окружающей среде, не заходя туда», — сказал в пресс-релизе Чонгси Лай, постдоктор из Лабораторий Харриса и Ли и первый автор статьи, описывая новые результаты. «Даже если его физическое тело зафиксировано, его пространственные мысли могут отправиться в очень отдаленное место».

Новый мозго-машинный интерфейс

В своем исследовании команда работала над разработкой системы, позволяющей понять, о чем думают животные, — детектора мыслей в реальном времени, который измеряет нейронную активность и переводит ее значение. В системе используется интерфейс «мозг-машина» (ИМТ), устанавливающий прямую связь между активностью мозга и внешним устройством.

ИМТ обеспечивает связь между электрической активностью в гиппокампе крысы и ее положением на 360-градусной арене виртуальной реальности. Гиппокамп хранит мысленные карты мира, участвующие в воспоминании прошлых событий и воображении будущих сценариев. До сих пор никто не знал, могут ли животные контролировать эту активность.

ИМТ устанавливает связь между электрической активностью в гиппокампе крысы и ее положением на 360-градусной арене виртуальной реальности. Гиппокамп действует как хранилище мысленных карт мира, участвующих в воспоминании прошлых событий и воображении будущих сценариев, о чем мы не знали, что животные могут контролировать.

Внутренние мысли крысы

После разработки системы исследователям пришлось создать «словарь мыслей», который позволил бы им расшифровывать сигналы мозга крысы. В этом словаре собрано описание того, как выглядят модели активности, когда крыса что-то испытывает — в данном случае, места на VR-арене. Крыса привязана к системе и ее действия отображаются на экране.

Система ИМТ одновременно регистрирует активность гиппокампа крысы. Это позволяет исследователям определить, какие нейроны срабатывают, когда крыса перемещается по территории для достижения каждой цели. Эти сигналы затем создают основу для гиппокампального ИМТ в реальном времени, при этом активность гиппокампа мозга преобразуется в действия, отображаемые на экране.

Крысам пришлось взять на себя две задачи. Во-первых, в задании «прыгун» они использовали свои мысли, чтобы добраться до награды, сначала думая о том, куда им нужно идти — мыслительный процесс, который люди регулярно испытывают. Затем в задании «Джедай» крыса фиксируется в виртуальном месте, но «перемещает» объект к цели в VR-пространстве, управляя активностью ее гиппокампа.

Исследователи обнаружили, что крысы могут точно и гибко контролировать активность гиппокампа, как и люди. Животные также способны поддерживать эту активность гиппокампа, удерживая свои мысли в определенном месте в течение многих секунд — период времени, аналогичный тому, как долго люди могут пережить прошлые события или представить новые сценарии.

«Удивительно то, как крысы учатся думать об этом месте, а не о каком-либо другом месте, в течение очень длительного периода времени, основываясь на нашем, возможно, наивном, представлении о продолжительности концентрации внимания крысы», — сказал Тим Харрис, автор исследования, в выпуск новостей. Исследователи полагают, что ИМТ можно использовать для исследования активности гиппокампа, что дает нам новую систему для изучения этой области мозга.

Исследование было опубликовано в журнале Science.