Недавнее исследование, проведенное в Медицинском институте Говарда Хьюза Janelia Research Campus, показало, что крысы обладают удивительными когнитивными способностями, в том числе воображением. Исследование показало, что крысы могут воображать и думать о местах и объектах.

Это открытие позволяет по-новому взглянуть на воображение, которое считалось исключительно человеческой чертой. В сотрудничестве с лабораториями Тима Харриса и Альберта Ли была разработана инновационная система, объединяющая виртуальную реальность с интерфейсом «мозг-машина». Это позволило исследователям проникнуть в сферу внутренних мыслей крысы. Детектор мыслей», работающий в режиме реального времени, был разработан для измерения нейронной активности и перевода ее значения.

Полученные результаты свидетельствуют о том, что животные способны думать о местах или объектах, которые не находятся в непосредственной близости, что сравнимо с тем, как человек мысленно планирует прогулку к определенному месту. 

Эти внутренние переживания активизируют различные нейронные паттерны в гиппокампе — части мозга, играющей ключевую роль в пространственной памяти. Согласно результатам исследования, крысы могут добровольно вызывать эти паттерны активности, чтобы вспомнить удаленные места, помимо своего текущего местонахождения.

Способность представлять себе места, удаленные от текущего положения человека, является основополагающей для запоминания прошлого и планирования будущего. Поэтому исследователи считают, что их работа свидетельствует о том, что животные, как и люди, обладают определенной формой воображения.

Проект был начат Лаем девять лет назад, когда он был аспирантом под руководством Тима Харриса. Лаю пришла в голову идея проверить, может ли животное мыслить. Разработанный с помощью Ли и Харриса детектор мыслей обеспечивает прямую связь между активностью гиппокампа крысы и интерактивной 360-градусной виртуальной средой.

Создав «словарь мыслей», команда перевела паттерны активности гиппокампа в различимые ощущения в VR-арене. Когда крыса управляет сферической беговой дорожкой, ее движения отражаются на объемном экране.  Одновременно регистрируется активность гиппокампа, что закладывает основу для создания интерфейса «мозг-машина» (brain-machine interface, BMI), который позволяет преобразовывать функции мозга в виртуальные действия.

Исследователи перешли к этапу, когда беговая дорожка отключалась, и крыса получала вознаграждение только за то, что ее гиппокамп проявлял активность, отражающую целевое местоположение. В задаче «Прыгун», названной в честь фильма, крыса использует мышление для навигации к вознаграждению. Аналогично в задаче «Джедай» крыса перемещает объект к цели в виртуальном пространстве с помощью одной лишь мысли.

Результаты исследования очень глубоки. Крысы смогли точно и последовательно управлять активностью гиппокампа, что говорит о том, что они могут концентрироваться на одном месте в течение длительного времени — вопреки тому, что можно было бы предположить о продолжительности внимания крысы.

Это новое исследование не только дает представление о функции гиппокампа, но и открывает путь к созданию современных протезов, использующих аналогичные принципы. Использование BMI в данном исследовании открывает новый путь к изучению и пониманию работы мозга, а его потенциальные возможности распространяются и на разработку инновационных протезов.

Поскольку BMI все чаще используется в протезировании, новая работа также открывает возможность разработки новых протезов, основанных на тех же принципах, отмечают исследователи. В конечном итоге это исследование может изменить наши представления о познании животных и открыть новые возможности для технологического прогресса в области интерфейсов «мозг-машина».