Как мозг фиксирует разрыв между ожиданиями и реальностью

Клауструм — это тонкая пластинка нервной ткани глубоко внутри мозга, которая связана почти со всей корой больших полушарий. Из‑за этого он теоретически может влиять на обработку информации по всему мозгу, но до сих пор его функции оставались загадкой. В новом исследовании ученые решили проверить, участвует ли клауструм в аверсивном обучении, то есть в том, как человек учится распознавать и избегать неприятных исходов.

Для этого исследователи воспользовались уникальной возможностью: у семи пациентов с эпилепсией в мозг уже были имплантированы электроды, их ставили в рамках обычного клинического мониторинга, чтобы найти очаг приступов. С этих электродов записали активность отдельных нейронов в трех зонах: в клауструме, передней поясной коре (она помогает оценивать результаты действий и корректировать поведение) и миндалевидном теле (оно отвечает за эмоции и обучение на угрозах).

Пока шли записи, участники играли в простую компьютерную игру: нужно было вести виртуальный космический корабль сквозь разрывы в приближающихся поясах астероидов. Исследователи специально меняли, где чаще попадаются безопасные проходы, так участникам приходилось постоянно пересматривать свои ожидания, чтобы не врезаться в астероиды.

Затем ученые сопоставили активность нейронов с тем, как менялись условия игры и насколько хорошо игроки избегали столкновений. С помощью математической модели они рассчитали, в какие моменты у участников росла неопределенность (то есть насколько они были не уверены в исходе) и возникала ошибка предсказания (разница между ожидаемым и реальным результатом).

Оказалось, что разные группы нейронов реагировали на разные события: одни включались, когда на экране появлялся пояс астероидов, другие — когда становилось ясно, удалось ли избежать столкновения. При этом клауструм и передняя поясная кора отслеживали скрытые величины — неопределенность и ошибку предсказания, — но делали это в разное время.

Передняя поясная кора подавала сигналы об неопределенности и между раундами, и во время активной фазы, когда нужно было уворачиваться от астероидов. В клауструме же сигналы, связанные с неопределенностью и ошибкой предсказания, были заметны в основном именно в момент активного уклонения, когда астероиды приближались к кораблю. Миндалевидное тело, напротив, почти не меняло активность в ответ на эти скрытые переменные.

Клауструм не столько переживает угрозу, сколько фиксирует, насколько реальность расходится с ожиданиями, и делает это именно в напряженные моменты, когда нужно быстро принимать решения. Исследование не доказывает, что клауструм сам заставляет мозг менять ожидания. Оно показывает, что эта область отслеживает неопределенность и ошибки предсказания.

Авторы считают, что эти данные открывают путь к лучшему пониманию роли клауструма, так как в будущем его работу можно изучать и на других задачах, где мозгу приходится обновлять свои внутренние модели мира.