Аутичный мозг цепляется за старые правила

Наш мозг похож на штурмана, который постоянно корректирует курс, используя прошлый опыт. У людей с аутизмом этот «внутренний штурман» обновляет карту местности слишком медленно, из-за чего мир кажется менее предсказуемым, а реакции — менее гибкими. Новаторское исследование на мышах, проведенное международной командой ученых, впервые показало, какие именно сбои в работе мозга заставляют его держаться за устаревшие «правила» и игнорировать новые факты. Это открытие — ключ к пониманию того, как помочь мозгу лучше адаптироваться к меняющейся реальности.

Итак, нашими каждодневными решениями управляют априорные вероятности — ожидания, основанные на предыдущем опыте, которые помогают нам предугадать, что может произойти впоследствии. По мере накопления новой информации мы постоянно обновляем эти ожидания, но, как мы уже выяснили, у людей с аутизмом этот процесс обновления идет медленнее и является менее гибким, хотя почему это происходит, не ясно.

Новое исследование, опубликованное в Nature Neuroscience и проведенное Жаном-Полем Ноэлем, членом Международной лаборатории исследования мозга (International Brain Laboratory, IBL), исследователем Simons Foundation Autism Research Initiative и членом Сотрудничества Саймонса в области экологической нейронауки (Simons Collaboration on Ecological Neuroscience), дает нам новую и ценную информацию об этом процессе у мышей.

Прорывное исследование стало осуществимым, благодаря грандиозному проекту и экспериментальным и вычислительным возможностям Международной лаборатории исследования мозга. Она объединила 22 независимых академических лаборатории в шести странах и поставивла цель отследить активность всех областей мышиного мозга во время отдельной поведенческой задачи.

Для этого исследования ученые использовали вариант задачи, созданной IBL. Мышам представили визуальный паттерн, который появлялся, либо на левой, либо на правой стороне экрана. Они могли поворачивать крошечное колесико, чтобы передвинуть паттерн налево, направо, в центр экрана или в сторону.

Как экспериментаторам удалось мотивировать мышей к выполнению столь нетипичной для них поведенческой задачи? При помощи вознаграждения. Передвинув паттерн в центр экрана, они получали глоток сладкой воды.

По мере того, как мыши работали с колесиком, специальные датчики регистрировали их мозговую активность.

Ноэль и его коллеги тренировали мышей, несущих генетические варианты в одном из трех генов, связанных с аутизмом (FMR1, CNTNAP2 или SHANK3B), и мышей контрольной группы без каких-либо изменений.

Ученые манипулировали априорными вероятностями мышей путем варьирования частоты, с которой паттерн появлялся с одной стороны экрана в сравнении с другой. Затем они проверили, как мыши обновляют свои априорные вероятности, добавив неожиданный поворот. Иногда они заставали мышей врасплох, делая так, чтобы паттерн появлялся в неожиданном месте, например, на правой стороне экрана, когда ранее он, в основном, появлялся с левой стороны. В других случаях они уменьшали контрастность паттерна, так что он был виден не очень четко, и мышам фактически приходилось угадывать, в какую сторону повернуть колесо, в правую или левую, в зависимости от того, что они научились ожидать благодаря предыдущим испытаниям.

Все мыши в большей степени полагались на свои априорные вероятности, когда паттерн был нечетким, в особенности при нулевой контрастности, когда он был полностью невидим. Однако трансгенные мыши сделали большее количество ошибок, чем мыши контрольной группы во время испытаний с низкой контрастностью. Когда же мыши с генетическими мутациями генов, связанных с аутизмом использовали свои априорные вероятности, они полагались больше на так называемое «априорное среднее» — их усредненное ожидание на протяжении многих испытаний — а не на недавние, потенциально неожиданные наблюдения.

Исследователи обнаружили, что у контрольных мышей сигналы, связанные с априорными вероятностями, в большей степени присутствовали в сенсорных областях мозга, в то время как у трансгенных мышей эти сигналы передавались между фронтальными областями, которые в большей степени касаются рассуждения и познания.

Кроме того, если судить по тому, как их зрачки расширялись в ответ, мыши с вариантами, связанными с аутизмом, не были настолько удивлены, как их «коллеги» из контрольной группы, когда паттерн появлялся в неожиданном месте. Также в мозге трансгенных мышей, не происходило сильной нейронной активности в ответ на эти неожиданные ситуации. По словам исследователей, вполне возможно, что эта более приглушенная реакция на контринтуитивные явления может приводить к тому, что априорные вероятности условно аутичных мышей обновляются медленно.

В последующий исследованиях Ноэль собирается изучать то, как конкретные поведенческие состояния влияют на процесс обновления априорных вероятностей.

A common computational and neural anomaly across mouse models of autism. Nat Neurosci 28, 1519–1532 (2025). https://doi.org/10.1038/s41593-025-01965-8

Mapping Mouse Brains Points to How Autism Can Affect Expectation Updating