Вывод скрытой поведенческой стратегии по репрезентативной геометрии активности префронтальной коры

Скрытые планы внутри думающего мозга

Когда вы следуете рецепту или следите за меняющимся списком покупок, мозгу приходится постоянно обновлять, что нужно запомнить, а что отбросить. Ученые знают, что мы можем использовать разные внутренние «планы» для этого, даже если внешнее поведение выглядит одинаково. В этом исследовании звучит на первый взгляд простой вопрос: можно ли, глядя непосредственно на активность мозга, понять, какой скрытый план животное использует, чтобы удерживать информацию в уме?

Два способа отслеживать последнее событие

Исследователи обучили двух обезьян выполнять сложную задачу с движениями глаз, которая исследовала рабочую память — тот самый умственный блокнот, который мы используем для кратковременного хранения информации. В каждом испытании животные смотрели на центральную точку, пока в одном из четырех мест не появлялся красный квадрат, а затем не исчезал. После короткой паузы появлялся второй объект: либо еще одна красная мишень, либо зеленый отвлекающий стимул в другом месте. После второй паузы центральная точка исчезала, подавая сигнал обезьяне переместить взгляд на место последней релевантной мишени. Иногда это был второй объект; в других случаях требовалось проигнорировать отвлекающий стимул и вернуться к позиции первой мишени.

Тихая передача vs постоянное обновление

Исследования на людях позволяют выделить как минимум две общие стратегии для таких задач. В одной, технически называемой «извлекать при воспроизведении», мозг тихо хранит несколько элементов в отдельных внутренних отсеках, не решая, какой из них важен. Только при появлении подсказки он извлекает релевантный элемент и переводит его в специальный «формат чтения», который может управлять поведением. В другой, стиле «репетировать и обновлять», мозг постоянно держит в этом формате то, что важно в данный момент, активно обновляя его при появлении новой информации. Снаружи обе стратегии могут приводить к одинаковому корректному движению глаз, поэтому по поведению нельзя определить, какая стратегия используется.

Создание цифровых мозгов, чтобы читать реальные

Чтобы решить эту проблему, команда сравнила реальную нейронную активность в двух передних областях мозга с активностью компьютерных моделей, обученных использовать каждую из стратегий. Они записывали нейроны в латеральной префронтальной коре, давно известной своей ролью в удержании информации, и в преаркуатной коре, которая участвует в планировании движений глаз. Параллельно они обучили множество рекуррентных нейронных сетей — искусственных систем, чья активность развивается во времени — выполнять ту же задачу. Некоторые сети были вынуждены вести себя как системы «извлекать при воспроизведении», делая свой выход неинформативным до последнего момента. Другие имитировали стиль «репетировать и обновлять», с выходами, которые немедленно отражали текущую мишень и менялись по мере необходимости.

Чтение форм мысли

Вместо того чтобы фокусироваться на отдельных нейронах, авторы исследовали общую «форму», которую образует популяционная активность в абстрактном пространстве — немного как отслеживать траекторию стаи, а не каждого птица отдельно. В сетях в стиле воспроизведения паттерн активности для запомненной позиции занимал один набор направлений в течение первой паузы, затем перед ответом поворачивался в другой набор — свидетельство передачи информации из скрытого хранилища в формат чтения. В сетях в стиле обновления те же направления переносили информацию о позиции через обе паузы, с плавными сдвигами только когда релевантная мишень менялась. Ключевой тест заключался в том, напоминала ли префронтальная активность обезьян один из этих паттернов сильнее другого.

Обезьяны выявляют свою тихую стратегию

По множеству мер обе области мозга соответствовали стилю «репетировать и обновлять». Популяционные коды положения были стабильны во времени, мало изменялись при появлении отвлекающего стимула и занимали практически ту же «плоскость» активности на протяжении всего испытания. Декодеры, обученные на одной паузе, надежно считывали позиции на другой, как и в сетях стиля обновления. В отличие от этого, признаки ротации и изменения кода, наблюдавшиеся в сетях стиля воспроизведения, в нейронных данных в значительной степени отсутствовали. Это указывает на то, что в этой задаче обезьяны держат текущую важную позицию в активном, непрерывно обновляемом состоянии, а не хранят варианты молча и выбирают позже.

Почему этот скрытый выбор важен

Работа показывает, что мы можем выводить латентную ментальную стратегию животного не по поведению, а по геометрии его мозговой активности в сравнении с тщательно спроектированными искусственными сетями. В повседневной жизни это наводит на мысль, что наши мозги часто могут предпочитать постоянный, основанный на репетиции подход при отслеживании последнего релевантного элемента, по крайней мере в простых условиях. В более широком смысле это открывает путь к изучению того, как такие внутренние планы осваиваются, как они меняются с опытом или усталостью и как разные области мозга взаимодействуют для их выполнения — даже когда для внешнего наблюдателя видно лишь одно быстрое движение глаз.

Цитирование: Qian, Y., Herikstad, R. & Libedinsky, C. Inferring latent behavioral strategy from the representational geometry of prefrontal cortex activity. Nat Commun 17, 2850 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-69380-6

Ключевые слова: рабочая память, когнитивная стратегия, префронтальная кора, нейронные сети, принятие решений