Категоризация — это инструмент мозга для организации почти всего, с чем мы сталкиваемся в повседневной жизни. Группирование информации по категориям упрощает наш сложный мир и помогает нам быстро и эффективно реагировать на новый опыт. Ученые из Института нейробиологии Макса Планка показали, что мыши тоже на удивление хорошо распределяются по категориям. Исследователи идентифицировали нейроны, кодирующие изученные категории, и тем самым продемонстрировали, как абстрактная информация представлена на нейронном уровне.
Малыш смотрит новую книжку с картинками. Вдруг он указывает на иллюстрацию и кричит «стул». Малыш сделал правильный звонок, но нам это не кажется особо примечательным. Мы без труда распознаем все виды стульев как «стулья». Однако для малыша это огромный учебный процесс. Он должен ассоциировать стул, изображенный в книге, со стульями, которые он уже знает, даже если они могут иметь разные формы или цвета. Как ребенок это делает?
Ответ — категоризация, фундаментальный элемент нашего мышления. Сандра Райнерт, первый автор исследования, объясняет: «Каждый раз, когда ребенок сталкивается со стулом, он сохраняет опыт. Основываясь на сходстве стульев, мозг ребенка абстрагирует свойства и функции стульев, образуя категорию «стул». Это позволяет ребенку позже быстро связать новые стулья с категорией и знаниями, которые она содержит».
Наш мозг непрерывно классифицирует: не только стулья в детстве, но и любую информацию в любом возрасте. Какие преимущества это дает нам? Питер Гольтштейн, старший автор исследования, говорит: «Наш мозг пытается найти способ упростить и организовать наш мир. Без категоризации мы не смогли бы взаимодействовать с окружающей средой так же эффективно, как сейчас». Другими словами: для каждого нового стула, с которым мы сталкиваемся, нам придется учиться тому, что мы можем сесть на него. Таким образом, категоризация сенсорного ввода имеет важное значение для нас, но основные процессы в мозге в значительной степени неизвестны.
Мыши на удивление хорошо распределяют по категориям
Сандра Райнерт и Питер Гольтштейн вместе с Марком Хюбенером и Тобиасом Бонхёффером, руководителем группы и директором Института нейробиологии Макса Планка, изучали, как мозг хранит абстрактную информацию, такую как изученные категории. Поскольку это трудно исследовать на людях, ученые проверили, могут ли распределять мыши по тем же принципам, что и мы. Для этого они показали мышам разные изображения полосок и дали им правило сортировки. Одна группа животных должна была разделить изображения на две категории в зависимости от толщины полос, а другая группа — в зависимости от их ориентации. Мыши смогли изучить соответствующее правило и надежно отсортировали шаблоны в правильную категорию.
Но и это еще не все: когда исследователи изменили правила сортировки, мыши проигнорировали то, что они узнали раньше, и пересортировали изображения в соответствии с новым правилом — то, что мы, люди, делаем все время, изучая новые вещи. Таким образом, исследование впервые демонстрирует, в какой степени и с какой точностью мыши классифицируют и тем самым приближаются к нашей способности к абстракции.
Нейроны постепенно развивают представление категории
С этим пониманием исследователи теперь могли исследовать основы категоризации в мозге мыши. Они сосредоточились на префронтальной коре, области мозга, которая у людей участвует в сложных мыслительных процессах. Исследования показали, что определенные нейроны в этой области становятся активными, когда животные сортируют полосатые узоры по категориям. Интересно, что разные группы нейронов избирательно реагировали на отдельные категории.
Тобиас Бонхёффер объясняет: «Открытие нейронов, селективных по категориям в мозгу мыши, было ключевым моментом. Это позволило нам впервые наблюдать активность таких нейронов от начала до конца обучения категории. Это показало, что нейроны избирательность приобретается не сразу, а только постепенно в процессе обучения».
Избирательные по категориям нейроны являются частью долговременной памяти
Ученые утверждают, что селективные нейроны в префронтальной коре играют роль только после того, как приобретенные знания были перенесены из краткосрочной памяти в долговременную. Там ячейки хранят категории как часть семантической памяти — совокупности всех фактических знаний. В этом контексте мы должны помнить, что категории, которые мы изучаем, — это способ мозга сделать наш мир проще. Однако это также означает, что эти категории не обязательно являются «правильными» или правильно отражают реальность.
Изучая категорийное обучение у мышей, исследование добавляет важные детали к нейронной основе абстрактного мышления и напоминает нам, что сложные мысли предназначены не только для нас, людей.