В исследовании, опубликованном в Cell, Георг Келлер и его группа пролили свет на нейронные цепи в коре головного мозга, которые лежат в основе интеграции движения и визуальной обратной связи. Они определили механизм в зрительной коре головного мозга, ответственный за соединение сенсорного и моторного опыта, и показали, что восприятие и визуально управляемое поведение формируются предсказаниями визуальной обратной связи во время передвижения.
Когда мы к чему-то тянемся, движение руки управляется визуальной обратной связью. Однако на сегодняшний день неясно, какие нейронные цепи лежат в основе этого типа сенсомоторной интеграции и как они формируются сенсомоторным опытом во время развития.
Из предыдущих экспериментов нейробиологи из группы Георга Келлера в Институте биомедицинских исследований им. Фридриха Мишера (FMI) знали, что нейроны в зрительной коре головного мозга сравнивают то, что мыши ожидают увидеть, с тем, что они видят на самом деле. Было также известно, что эти нейроны демонстрируют сильную реакцию на несоответствие между фактической и ожидаемой визуальной обратной связью.
Чтобы исследовать это дальше, исследователи выращивали мышей в среде виртуальной реальности и записывали нейронную активность во время бега. Георг Келлер говорит: "Это как играть в очень простую компьютерную игру для мышей. Нейроны в зрительной коре наиболее активны, когда мы ненадолго останавливаем визуальный мир во время работы мыши, вызывая несоответствие между тем, что мышь ожидает увидеть в зависимости от своего поведения, и тем, что она видит на самом деле." Однако было неясно, формируются ли и каким образом ответы на такие несоответствия опытом и как взаимодействуют различные типы нейронов для вычисления ответов несоответствия.
Исследователи обнаружили, что несоответствующие ответы возникают только у мышей, которые уже испытали связь визуальной обратной связи с движением. В своих экспериментах группы мышей выращивались в виртуальных средах, где визуальная обратная связь была либо связана, либо отключена от (i.е. независимо от) передвижения мыши. Алекс Аттингер, аспирант в группе Келлера и соавтор, объясняет: "Когда мыши, обученные в несвязанных условиях, позже бежали по виртуальному коридору, нейроны не реагировали на краткие остановки визуального мира. В отличие от мышей, выращенных нормально, они никогда не понимали, как их бег вызывает изменение визуального мира."
Регистрируя активность различных (генетически идентифицированных) классов нейронов, исследователи показали, как тормозящие нейроны соматостатина взаимодействуют с возбуждающими нейронами, чтобы вычислить разницу между предсказанием, основанным на скорости бега, и фактической визуальной обратной связью. Они также обнаружили, что взаимодействие между этими разными нейронами точно регулируется опытом.
Келлер резюмирует: "В нашем исследовании мы показали, что для нормального развития сенсорной обработки критичным является не только сенсорный ввод, но и сочетание сенсорного и моторного опыта. Наши результаты предлагают механизм того, как прогнозы взаимодействуют с сенсорным вводом, тем самым изменяя наше понимание того, как обрабатывается сенсорная информация."