Kontakt wzrokowy i mowa ciała mają kluczowe znaczenie w interakcjach społecznych, ale dokładny sposób, w jaki mózg wykorzystuje te informacje, aby informować o zachowaniu w czasie rzeczywistym, nie jest dobrze poznany.
Łącząc behawioralne i bezprzewodowe śledzenie wzroku oraz monitorowanie neuronów, zespół naukowców i współpracowników z Rice University zbadał, w jaki sposób pary swobodnie poruszających się makaków współdziałających w naturalistycznym otoczeniu wykorzystują wskazówki wizualne do kierowania złożonymi, zorientowanymi na cel zachowaniami opartymi na współpracy. Badanie opublikowane w Nature dostarcza pierwszych dowodów na to, że część mózgu przetwarzająca informacje wzrokowe – kora wzrokowa – odgrywa aktywną rolę w zachowaniach społecznych, dostarczając obszarowi wykonawczemu – korze przedczołowej – sygnałów niezbędnych do wygenerowania decyzję o współpracy.
„Jako pierwsi używamy urządzeń telemetrycznych do rejestrowania aktywności neuronów wielu populacji korowych w korze wzrokowej i przedczołowej, podczas gdy zwierzęta badają otoczenie i wchodzą ze sobą w interakcje” – powiedział Valentin Dragoi, profesor inżynierii elektrycznej i komputerowej w Rice and the Rosemary i Daniel J. Harrison III Prezydencki wybitny przewodniczący neuroprotetyki w Houston Methodist. „Kiedy naczelne, w tym ludzie, wchodzą w interakcję, nawiązujemy kontakt wzrokowy i używamy mowy ciała, aby wskazać współtowarzyszom, co chcemy zrobić.
„Do tej pory nie wiedzieliśmy, w jaki sposób to, na co patrzymy, wpływa na naszą decyzję o współpracy lub nie, ponieważ nie byliśmy w stanie zmierzyć zdarzeń okoruchowych i skorelować ich z tym, co robią neurony w danej chwili. Ponieważ nie było takiej technologii, ta wiedza była po prostu nieosiągalna.”
Większość tego, czego neuronauka dowiedziała się na temat neuronalnych podstaw poznania, pochodzi z badań, w których zwierzęta były krępowane i wykonywały zadania w izolacji w odpowiedzi na sztuczne bodźce na ekranie komputera, a nie podczas rzeczywistej interakcji z rówieśnikami w bardziej naturalistycznym środowisku. Możliwość śledzenia aktywności neuronów podczas swobodnego poruszania się i zachowania zwierząt stanowi znaczący krok naprzód w badaniach z zakresu neuronauki i może rzucić nowe światło na wewnętrzne funkcjonowanie mózgu.
„Od dawna było to złotym marzeniem neuronaukowców – rejestrowanie danych z neuronów w locie, podczas gdy zwierzę się porusza” – powiedział Dragoi, który jest także dyrektorem naukowym Centrum Odbudowy Systemów Neuralnych, wspólnego Przedsięwzięcie Houston Methodist-Rice poświęcone badaniom z zakresu neurologii i innowacjom w leczeniu. „Śledziliśmy populacje neuronów w korze wzrokowej – części mózgu, która wydobywa informacje o widzeniu – oraz korze przedczołowej – obszarze wykonawczym, który koduje naszą decyzję o wykonaniu określonych działań”.
W eksperymencie obserwowano dwie pary makaków, które przez kilka tygodni uczyły się współpracować w celu zdobycia pożywienia. W każdej próbie małpy poruszały się swobodnie po wybiegu oddzielonym wyraźną przegrodą. Małpy nauczyły się już wcześniej, że naciśnięcie przycisku powoduje, że taca z przekąskami znajdzie się w ich zasięgu, ale podczas prób miało to miejsce tylko wtedy, gdy zwierzęta nacisnęły przycisk jednocześnie. Stwierdzono, że w miarę poprawy umiejętności współpracy makaków częstotliwość wyszukiwania przez nie istotnych społecznie wskazówek – partnera, tacy z przekąskami – wzrastała przed wspólnym wystąpieniem.
„Ta technologia pozwala nam rozróżnić widzenie aktywne i pasywne” – powiedział Dragoi. „Aktywne widzenie polega na tym, że działamy pod wpływem bodźca, na który patrzymy, mając na uwadze cel. Kiedy wchodzę w interakcję społeczną, działam w jakiś sposób, wydobywając informacje wizualne i wykorzystując je do współpracy. Naszym głównym odkryciem jest sprawdzenie, w jaki sposób populacje neuronów czuciowych wydobywają informacje, przekazują je do obszaru wykonawczego i jak synchronizują się w czasie rzeczywistym, co stanowi podstawę decyzji o współpracy”.
Behnaam Aazhang, profesor inżynierii elektrycznej i komputerowej JS Abercrombie w Rice, podkreślił krytyczny wkład Melissy Franch, głównej autorki badania, byłej doktorantki. studentka w laboratorium Dragoi, a obecnie badaczka ze stopniem doktora w Baylor College of Medicine, oraz Sudha Yellapantula, absolwentka studiów doktoranckich Rice w grupie Aazhanga, która obecnie pracuje jako pracownik naukowy w branży opieki zdrowotnej.
„Zasługują na wielkie uznanie” – powiedział Aazhang, który jest także dyrektorem Rice Neuroengineering Initiative i współdyrektorem Centrum Odbudowy Systemów Neuralnych.
„Ta praca ma charakter bardzo interdyscyplinarny i obejmuje złożony projekt eksperymentalny, którego celem jest sprawdzenie hipotezy, że kora wzrokowa czołowa odgrywa ważną rolę w zachowaniach społecznych” – dodał Aazhang. „Wiele zwierząt nie jest zbyt towarzyskich, ale naczelne tak, co było ważnym czynnikiem w badaniach, biorąc pod uwagę charakter hipotezy”.
Okazuje się, że wyrażenia takie jak „wpatrujące się sztylety” i „widzenie oko w oko” to coś więcej niż tylko dziwactwo języka angielskiego: mamy teraz dowody na to, że kora wzrokowa i kora przedczołowa współpracują, aby osiągnąć złożone zachowania, takie jak współpraca.
Badania wspierane były przez Narodowy Instytut Zdrowia (U01NS108680, 1F31MH125451).