Предсказание будущего – неотъемлемая часть процесса принятия решений как рыбами, так и людьми. Когда реальные ситуации не соответствуют ожиданиям, мозг генерирует «ошибки предсказания», которые дают нам понять, что наши ожидания не оправдались. Ожидания формируются из внутренних моделей окружающей среды, и, как и у людей, новое исследование показало, что у рыб есть такие модели в их мозгу.
Исследователи отслеживали активность мозга, связанную с ошибкой прогноза, в режиме реального времени, пока рыбки данио учились избегать опасности в своем аквариуме. Они обнаружили, что рыба пыталась сохранить низкую ошибку прогноза, чтобы эффективно избегать опасности. Поскольку избегание риска является эволюционно сохраняемым поведением, эти результаты проливают свет на важные мозговые цепи, общие для всех позвоночных, включая человека.
Данио маленькие и прозрачные, что позволяет легко записывать активность всего мозга. В эксперименте рыбы увидели выбор между красной или синей зонами виртуальной реальности, когда они виртуально плавали, и научились связывать цвета виртуальных зон с опасностью или безопасностью. Исследователей особенно интересовала передняя часть мозга, называемая конечным мозгом, которая соответствует коре головного мозга и другим структурам у млекопитающих и способствует принятию решений. По мере того, как рыбки данио учились избегать опасности в виртуальной реальности, было записано покадровое изменение активности их мозга, что привело к открытию нейронов, которые представляют ошибку предсказания.
Определенные активные популяции нейронов появились, когда рыбы начали понимать, что выбор виртуального маршрута через синее окружение ведет к опасности, а выбор красного маршрута означает безопасность. Позже экспериментальное изменение ассоциации, в котором красный стал опасным вместо синего, привело к инактивации этих нейронов. Это показало исследователям, что нейроны, вероятно, кодируют правило поведения, а не просто цвет, который видят рыбы. В другом изменении пространства виртуальной реальности пейзаж был изменен так, чтобы он не менялся в зависимости от движений хвоста рыбы.
Например, попытка плыть вперед, перевернув хвост, не уменьшила вид, как ожидалось. Эти манипуляции выявили группу нейронов, которая активировалась только тогда, когда действия, которые, по мнению рыб, позволили им достичь безопасности, не дали ожидаемого результата. «Мы думаем, что эта популяция нейронов кодирует ошибку предсказания в мозгу, сравнивая фактическое представление об их окружении с прогнозируемым представлением, которое, как они узнали, могло бы привести их в безопасное место, если бы они вели себя определенным образом», – говорит ведущий автор Макио Ториго.
«Каждое животное должно прогнозировать свое будущее на основе того, что оно узнало раньше», – добавляет руководитель исследовательской группы Хитоши Окамото. "Теперь мы знаем, как эти прогнозы сравниваются с тем, что животные на самом деле встречаются в мире, и какие части мозга рыбок данио определяют последующее принятие решений."