Спасение от неминуемой опасности имеет важное значение для выживания. Животные должны осваивать новую среду достаточно быстро, чтобы иметь возможность выбирать кратчайший путь к безопасности. Но как они это делают, не сталкиваясь с угрозой в новой среде?

Нейробиологи из Sainsbury Wellcome Center в UCL (Университетский колледж Лондона) исследовали, как мыши узнают об их пространственной среде и поведенческих стратегиях, которые они используют, чтобы выбрать кратчайший путь к убежищу, когда они напуганы.

В новом исследовании, опубликованном сегодня в журнале Current Biology, исследователи показывают, что мыши узнают кратчайший путь к спасению всего за 10 минут изучения окружающей среды, и им не нужен предыдущий опыт угрозы.

«Во многих нейрофизиологических исследованиях мышей учат решать сложные лабиринты, и им дается много времени, чтобы научиться это делать. Вопрос в том, как мыши учатся данной способности так быстро, без возможности проб и ошибок», — сказал Тиаго Бранко, руководитель группы в Sainsbury Wellcome Center, автор статьи.

Чтобы изучить этот вопрос, исследователи SWC провели серию поведенческих экспериментов, в ходе которых мышам дали на выбор два или три пути обратно в убежище. Ученые использовали громкий звук или надвигающийся стимул, имитирующий хищника, чтобы напугать мышей, а затем наблюдали за их маршрутом обратно в убежище.

Во-первых, нейробиологи заблокировали прямой путь к убежищу и обнаружили, что мыши научились использовать один из двух других путей. Затем исследователи проверили, могут ли мыши правильно выбирать между двумя путями разной длины. Эксперименты проводились в темноте, а это значит, что мыши не могли видеть кратчайший путь. Однако исследователи заметили, что мыши действительно предпочитают более короткий путь, особенно когда разница между длинами двух путей больше.

Чтобы понять, как мыши узнают об этом, исследователи изучили тех, кто впервые столкнулся с угрозой, и заметили, что неопытные мыши уже предпочли более короткий путь. Таким образом, мыши должны получать эту информацию посредством естественного исследования, и им не нужно сначала сталкиваться с угрозой, чтобы научиться выбирать наилучший путь отступления. Более того, мыши узнали об этом уже через 10 минут изучения окружающей среды.

«На мышей охотятся многие виды, поэтому для мыши очень важно знать, как убежать в безопасное место. Это естественный репертуар поведения мышей», — сказал Тьяго Бранко.

Традиционно считалось, что способ обучения животных заключается в том, чтобы испытать ценность чего-либо и отобразить это на пространственной геометрии. Например, если мыши многократно подвергались угрозе и чувствовали стресс, выбирая длинный путь обратно в безопасное место, они присваивали более длинному пути более низкое значение и вместо этого учились выбирать более короткий путь.

Однако в проведённом эксперименте животные этого не делали. Вместо этого мыши предположили, что короткий путь изначально лучше всего подходит для бегства. Исследователи называют это предположение врожденной эвристикой. В ходе эволюции мыши приобрели набор нейронных цепей, которые дают им возможность делать этот врожденный выбор после естественного исследования.

Чтобы изучить алгоритмы, которые мозг может использовать, чтобы позволить мышам выбирать наилучший маршрут побега, исследователи рассмотрели три различные вычислительные модели и спросили, могут ли искусственные алгоритмы работать так же хорошо, как мыши в задаче. Они обнаружили, что все три алгоритма работали очень хорошо, если искусственной мыши позволяли исследовать в течение длительного времени. Однако у настоящей мыши было всего 10 минут на исследование.

Итак, исследователи скормили искусственной мыши траектории, по которым шла настоящая мышь, и обнаружили, что простейший возможный алгоритм, называемый безмодельным, не может научиться выбирать кратчайший путь. Две более сложные модели, называемые основанными на моделях, могли определить наилучший путь эвакуации, но они были правильными только примерно в половине случаев. Это дает исследователям некоторое представление о том, что нужно мозгу мышей, чтобы иметь возможность выбрать оптимальный путь побега.

Следующие шаги для исследователей заключаются в более глубоком изучении того, как это работает в мозгу и как мыши сопоставляют ценность с действиями в этой естественной парадигме. Этот вопрос — лишь небольшая часть большой головоломки о том, как животные выбирают действия, которые они собираются совершить, исходя из своих ожиданий того, что будет лучше в краткосрочной или долгосрочной перспективе. Нейробиологи надеются понять эту форму отображения ценностей в поведении действия, чтобы получить представление о видах алгоритмов, которые мозг может использовать для реализации быстрого обучения.

Источник: https://www.cell.com/current-biology/fulltext/S0960-9822(22)00779-5?_returnURL=https%3A%2F%2Flinkinghub.elsevier.com%2Fretrieve%2Fpii%2FS0960982222007795%3Fshowall%3Dtrue