Как мыши выбирают лучший путь для побега

Умение быстро спасаться от непосредственной угрозы критически важно для выживания. Животные должны очень быстро изучить новую среду, чтобы выбрать кратчайший путь к безопасности. Но как они это делают, никогда не сталкиваясь с угрозой в этом новом месте?

Нейробиологи из Центра Сэйнсбери Уэлком в UCL исследовали, как мыши изучают пространственное окружение и какие поведенческие стратегии используют, чтобы выбрать кратчайший путь к укрытию в случае испуга.

В новом исследовании, опубликованном в Current Biology, учёные показали, что мыши учатся выбирать кратчайший путь для побега уже после 10 минут исследования среды, и им для этого не нужен предшествующий опыт столкновения с угрозой.

Чтобы изучить этот вопрос, исследователи провели серию поведенческих экспериментов, где мышам предлагался выбор из двух или трёх путей к укрытию. Учёные использовали громкий звук или движущийся стимул, имитирующий хищника, чтобы напугать мышей, и наблюдали за их маршрутом к укрытию.

Сначала нейробиологи блокировали прямой путь к укрытию и обнаружили, что мыши научились использовать один из других маршрутов. Затем они проверили, могут ли мыши правильно выбрать между двумя путями разной длины. Эксперименты проходили в темноте, поэтому мыши не могли видеть кратчайший путь. Тем не менее, учёные наблюдали, что мыши действительно предпочитают более короткий путь, особенно когда разница в длине двух путей была значительной.

Изучая мышей, впервые столкнувшихся с угрозой, исследователи обнаружили, что даже неопытные мыши уже имели предпочтение к более короткому маршруту. Таким образом, мыши получают эту информацию в ходе естественного исследования среды, и им не нужно сначала испытать угрозу, чтобы научиться выбирать лучший путь для побега. Более того, мыши обучаются этому всего за 10 минут исследования среды.

Традиционно считается, что животные учатся, испытывая ценность чего-либо и связывая её с пространственной геометрией. Однако в этом эксперименте мыши не делали этого. Вместо этого они предполагали, что короткий путь лучше для побега. Исследователи называют это предположение врождённой эвристикой. В ходе эволюции у мышей сформировался набор нейронных цепей, дающих им способность делать такой врождённый выбор после естественного исследования.

Чтобы понять, какие алгоритмы может использовать мозг, учёные проанализировали три различные вычислительные модели и проверили, могут ли искусственные алгоритмы справиться с задачей так же хорошо, как мыши. Они обнаружили, что все три алгоритма работают очень хорошо, если искусственной мыши позволить исследовать среду долгое время. Однако реальная мышь имела на это всего 10 минут.

Когда исследователи "скормили" искусственной мыши траектории, по которым двигалась реальная мышь, они выяснили, что простейший алгоритм, называемый безмодельным (model-free), не смог научиться выбирать кратчайший путь. Две более сложные модельные (model-based) стратегии могли выучить лучший путь для побега, но были правильны лишь примерно в половине случаев. Это даёт учёным представление о том, что необходимо мозгу для выбора оптимального пути к спасению.

Следующие шаги исследователей — глубже изучить, как это работает в мозге, и как мыши в этой естественной парадигме связывают ценность с действиями. Этот вопрос — маленький фрагмент большой головоломки о том, как животные выбирают действия, основываясь на ожидании того, что будет лучше в краткосрочной или долгосрочной перспективе.