Мысли мышей впервые «прочитали» по выражению морды

Определить, какие стратегии мыши применяют для принятия решений, можно по едва заметным мимическим движениям морды грызунов. К такому выводу нейробиологи пришли, наблюдая за животными, зафиксированными на беговой дорожке.

В 2020 году ученые из Германии обнаружили, что выражение морды мышей отражает их эмоциональное состояние. Тогда в рамках эксперимента животных били током по хвосту, кормили горьким сахаром, а также делали инъекции хлорида лития, вызывающего недомогание. Проанализировав зафиксированную на видео реакцию грызунов, исследователи выявили шесть выражений морды, соответствующих таким базовым эмоциям, как страх, отвращение и удовольствие.

Теперь исследовательская группа под руководством Фанни Казетт (Fanny Cazettes) из Университета Экс-Марсель (Франция) показала, что морда мыши — не просто набор случайных движений, а высокоточный «датчик» встроенных вычислений мозга. Сделать это удалось, зафиксировав зверьков на беговой дорожке и позволив им выбирать между двумя поилками с подслащенной водой, награда из которых то появлялась, то исчезала.

Поскольку после серии неудачных попыток животным нужно было решать, какую поилку выбрать (оставаться на одном месте или переходить к другому), успешный выбор зависел от выбранной стратегии: одни грызуны основывались на подсчете неудач, другие — на количестве полученных наград. Мордочки зверьков снимали на камеру с частотой 60 кадров в секунду, а затем выделили сотни компонентов микродвижений с помощью математических методов.

Всего за 10 экспериментальных сессий нейробиологи записали около 14 тысяч действий, принятых подопытными, включая облизывание разных поилок во время эксперимента. В частности, 5877 облизываний пришлись на стратегию неудач, 6896 — на подсчет полученных наград, 1593 — на импульсивные решения. Каждое движение позволило уточнить, какой именно скрытый когнитивный процесс проявлялся в момент принятия решения и как отражался мимически.

Результаты научной работы, опубликованной в журнале Nature Neuroscience, показали, что даже когда мышь выбирала одну стратегию, на ее мордочке «проявлялись» следы альтернативных решений, которые мозг вычислял параллельно. Несмотря на выбор основной стратегии, к примеру, основанной на череде неудач, в движениях усов и области носа «проскакивали» едва заметные признаки альтернативных вариантов.

Сравнив результаты с активностью нейронов в разных областях коры головного мозга (дополнительной моторной, орбитофронтальной и обонятельной), Казетт и коллеги пришли к выводу, что выражение морды было столь же информативным, как популяции нейронов, а в некоторых случаях даже точнее. При этом в дополнительной моторной области информация появлялась на 50 миллисекунд раньше, чем в мимике, что указывает на ее ключевую роль в запуске выражений.

Таким образом, нейробиологи доказали, что мимика отражает не только эмоции, но и сложные когнитивные процессы, включая ряд альтернативных вариантов, которые мозг «рассматривает» в процессе принятия решений. Возможность «читать» мышление по видео позволит разработать неинвазивные методы диагностики психических расстройств и нейродегенеративных заболеваний.