Исследователи из Института физиологии имени Павлова изучили способность обезьян Macaca mulatta (макака-резус) к выполнению когнитивных тестов разной степени сложности, предъявляемых на сенсорном экране компьютера. В ходе ряда поведенческих экспериментов исследователи обнаружили схожесть результатов человека и макак-резусов.

Полученные на обезьянах результаты позволят моделировать нейронные процессы, протекающие в головном мозге человека при распознавании образов: от кодирования физических свойств изображений до принятия решений. Исследование опубликовано в Журнале высшей нервной деятельности.

Понимание нейрофизиологических основ функционирования мозга человека невозможно без использования животных моделей с применением инвазивных методов исследования. Наиболее близкими животными к человеку в эволюционном плане, а также по анатомическому строению и физиологическим особенностям являются обезьяны.

Среди всех известных видов обезьян макаки-резусы — самая распространенная животная модель для изучения нейронных процессов. Однако, учитывая явные различия во многих когнитивных способностях человека и обезьяны, в размере и строении их мозга, не всегда можно напрямую обобщать получаемые результаты.

Поэтому при изучении различных функций мозга животных, перед тем как интерполировать данные на другие виды, в том числе на человека, нужно убедиться, что исследуемые процессы протекают сходным образом, например путем сопоставления результативности выполнения экспериментальных тестов.

Задачей исследования было продолжение изучения когнитивных способностей обезьян и сопоставление результатов с данными, полученными на человеке в сходных экспериментальных условиях. В качестве тестового материала использовали набор изображений — текстур, различающихся по степени ориентационной упорядоченности составляющих элементов, где задачей испытуемых было определение доминирующей ориентации в стимуле.

Тесты представляли собой набор матриц, каждая из которых состоит из 100 элементов — так называемых решеток Габора разной ориентации. Матрицы различались по количеству однонаправленных элементов, другими словами, по степени упорядоченности (рисунок 1).

Рис. 1. Примеры тестовых стимулов — матриц различной степени упорядоченности. Цифры у каждой матрицы обозначают относительное количество однонаправленных элементов. Задача — определить доминирующую ориентацию / ©Пресс-служба Института физиологии имени Павлова

 

 Всего в наборе было восемь типов матриц, содержащих 100, 64, 56, 48, 40, 32, 24 и 16 однонаправленных элементов. Задача испытуемых — определить, каких элементов в изображении больше: вертикальных или горизонтальных. Матрицы предъявлялись на сенсорном экране компьютера.

Проведенные исследования показали возможность обучения обезьян макак-резусов выполнению когнитивных тестов различной степени сложности. Несмотря на существенные различия в скорости обучения, все животные после многократных тренировок успешно справлялись с поставленными задачами, включая такие, решение которых вызывает затруднения даже у человека (рисунок 2).

Рис. 2. Сравнение результативности выполнения человеком и обезьяной одинаковых текстов. Жирные кривые на графиках — средние значения по всем испытуемым. Планки погрешности на правом графике — ошибка среднего / ©Пресс-служба Института физиологии имени Павлова / Harauzov et al., 2016

Выяснилось, что обезьяны не уступают человеку, решая самые сложные задачи даже лучше некоторых людей. Причем одна обезьяна решала все задачи выше среднего уровня правильных ответов, полученного на человеке. В среднем число правильных ответов у обезьян и людей было одинаково и составило 85%.

Справедливости ради следует отметить, что у человека времени на раздумья было меньше: матрицы предъявляли всего секунду, инструкция же предписывала дать ответ как можно скорее. У обезьян ограничений во времени не было. В результате среднее время реакции на все типы матриц у человека составило 0,6 секунды, у обезьяны — 1,8. Этим, вероятно, объясняется отсутствие у большинства обезьян, в отличие от людей, зависимости времени ответа от сложности задачи.Сходство кривых результативности человека и обезьяны позволяет предположить, что у обоих видов задействованы одинаковые нейронные механизмы при решении данного типа задач.

«Полученные нами в поведенческих экспериментах схожие результаты выполнения человеком и обезьяной когнитивных задач позволят в дальнейшем экстраполировать на человека результаты электрофизиологических исследований с участием приматов, что, в свою очередь, открывает широкие перспективы использования последних в качестве животной модели изучения нейронных механизмов зрительного восприятия и их нарушения в результате различных патологий», — говорит первый автор исследования Дарья Подвигина.

Кроме того, результаты показали, что уровень исследовательской активности обезьян (степень любопытства), оцененный по реакции на незнакомые предметы (тест «реакция на новый объект»), коррелирует со способностью к обучению когнитивной задаче по определению ориентации элементов в матрицах.

Иными словами, любознательные обезьяны обучаются значительно быстрее тех, которые не продемонстрировали интереса к незнакомым предметам. Тест «реакция на новый объект», таким образом, может использоваться в качестве экспресс-методики для отбора наиболее перспективных животных с целью их последующего обучения когнитивным задачам.

Работа выполнена при финансовой поддержке Программы фундаментальных научных исследований государственных академий на 2013–2020 годы.