Согласно новому исследованию Университета Сассекса, даже скромная плодовая мушка жаждет дозы гормона счастья, которое показывает, как они могут использовать дофамин, чтобы учиться так же, как люди.
Эксперты по информатике из Университета Сассекса разработали новую вычислительную модель, которая демонстрирует давно искомую связь между обучением насекомых и млекопитающих, как подробно описано в новой статье, опубликованной сегодня в журнале Nature Communications .
Используя анатомические и функциональные данные недавних экспериментов, доктор Джеймс Беннетт и его коллеги смоделировали, как анатомия и физиология мозга плодовой мушки могут поддерживать обучение в соответствии с гипотезой ошибки предсказания вознаграждения (RPE).
Вычислительная модель показывает, как дофаминовые нейроны в области мозга плодовой мушки, известной как грибовидное тело, могут производить аналогичные сигналы дофаминовым нейронам у млекопитающих, и как эти дофаминовые сигналы могут надежно инструктировать обучение.
Ученые считают, что установление того, используют ли мухи также ошибки предсказания для обучения, может привести к более гуманным исследованиям на животных, что позволит исследователям заменить животных более простыми видами насекомых для будущих исследований механизмов обучения.
Открывая новые возможности для изучения нейронных механизмов обучения, исследователи надеются, что эта модель также может быть полезна для более глубокого понимания проблем психического здоровья, таких как депрессия или зависимость, которые поддерживаются гипотезой RPE.
Доктор Беннет, научный сотрудник Школы инженерии и информатики Сассекского университета, сказал: «Используя нашу вычислительную модель, мы смогли показать, что данные экспериментов с насекомыми не обязательно противоречат предсказаниям гипотезы RPE, как считалось. ранее.
«Установление моста между исследованиями обучения насекомых и млекопитающих может открыть возможность использовать мощные генетические инструменты, доступные для проведения экспериментов на насекомых, и меньший размер их мозга, чтобы понять функции мозга и болезни у млекопитающих, в том числе людей. . »
Понимание того, как млекопитающие учатся, прошло долгий путь благодаря гипотезе RPE, которая предполагает, что ассоциативные воспоминания усваиваются пропорционально тому, насколько они неточны.
Гипотеза имела значительный успех в объяснении экспериментальных данных об обучении у млекопитающих и широко применялась при принятии решений и психических заболеваниях, таких как наркомания и депрессия. Но ученые столкнулись с трудностями при применении гипотезы к обучению у насекомых из-за противоречивых результатов различных экспериментов.
Исследовательская группа Университета Сассекса создала вычислительную модель, чтобы показать, как основные особенности анатомии и физиологии грибовидного тела могут способствовать обучению в соответствии с гипотезой RPE.
Модель имитирует упрощение грибовидного тела, включая различные типы нейронов и связи между ними, а также то, как активность этих нейронов способствует обучению и влияет на решения, которые принимает муха, когда определенный выбор вознаграждается.
Чтобы лучше понять процесс обучения в мозгу мух, исследовательская группа использовала свою модель, чтобы сделать пять новых прогнозов о влиянии различных нейронов грибовидного тела на обучение и принятие решений в надежде, что они будут способствовать будущей экспериментальной работе.
Доктор Беннетт сказал: «Хотя были созданы и другие модели грибовидного тела, насколько нам известно, ни одна другая модель до сих пор не включала связи между дофаминовыми нейронами и другим набором нейронов, которые предсказывают поведение и стимулируют его к вознаграждению. Например, когда наградой является содержание сахара в пище, эти связи позволят сравнить прогнозируемую доступность сахара с фактическим потребляемым сахаром, что позволит более точно прогнозировать и изучать соответствующее поведение, связанное с поиском сахара.
«Модель может объяснить широкий спектр поведения плодовых мушек, когда активность определенных нейронов в их мозгу либо заглушается, либо активируется искусственно в экспериментах. Мы также предлагаем связи между дофаминовыми нейронами и другими нейронами в грибовидном теле, которые не имеют еще сообщалось в экспериментах, но помогло бы объяснить еще больше экспериментальных данных ».
Томас Новотны, профессор информатики в Университете Сассекса, сказал: «Модель объединяет теорию обучения и экспериментальные знания таким образом, чтобы мы могли систематически думать о том, как на самом деле работает мозг мух. Результаты показывают, что обучение простых мух может быть более эффективным. похоже на то, как мы учимся, чем считалось ранее «.