Момент выбора, который человеку кажется единым решением, мозг раскладывает на несколько операций и распределяет между крошечными структурами, слоями коры и глубокими отделами. Ученые проследили процесс с помощью функциональной МРТ с магнитным полем семь тесла и субмиллиметровым разрешением. Сканирование позволило различить работу участков, которые обычная нейровизуализация часто видит лишь как часть более крупной области.
В эксперименте участвовали 20 здоровых добровольцев со средним возрастом около 29 лет. Во время сканирования участники играли в своеобразную лотерею: на экране появлялись возможный выигрыш и вероятность успеха, после чего требовалось принять ставку или отказаться. Задача сводилась к накоплению максимального количества очков.
Исследователи специально добавили редкие ставки с очень высокой ценой решения. В обычных раундах величина ставки не превышала 100 очков, а в экстремальных достигала 1000–1500 очков. На ответ давали всего полторы секунды вместо трех. Высокие ставки и дефицит времени усиливали реакцию мозга и помогали увидеть активность небольших структур, которую сложнее выделить при стандартном эксперименте.
Первым важным звеном оказался голубоватый участок, или locus coeruleus, крошечное ядро в стволе мозга шириной примерно два миллиметра. При особо значимых ставках активность участка резко возрастала. Результаты указывают, что locus coeruleus помогает переключать внимание и распределять ресурсы мозга, когда решение требует повышенной концентрации.
Следующий этап затрагивал полосатое тело. Хвостатое ядро сильнее реагировало на значимость выбора, а тонкие перемычки серого вещества между хвостатым ядром и скорлупой оказались связаны со скоростью реакции. Перемычки шириной около одного миллиметра раньше было трудно исследовать у живого человека с помощью функциональной МРТ. Более высокая активность в перемычках сопровождала быстрые ответы, что согласуется с предполагаемой ролью структуры в передаче сигнала от оценки варианта к подготовке действия.
Отдельные функции обнаружились и у системы вознаграждения. Черная субстанция, вентральная область покрышки и прилежащее ядро реагировали не только на величину ставки, но и различали выигрыш и проигрыш. Мозг, таким образом, не прекращает обработку после нажатия кнопки, а отдельно регистрирует результат выбранного действия.
Самая интересная картина появилась в префронтальной коре. Толщина изучаемой коры составляет всего несколько миллиметров, однако субмиллиметровое разрешение позволило сравнить активность разных слоев. Более глубокие слои сильнее участвовали в выборе действия, тогда как поверхностные слои выраженнее реагировали на результат, особенно при сравнении выигрыша и проигрыша.
Полученная картина больше напоминает конвейер, чем единый «центр принятия решений». Ствол мозга оценивает значимость события и мобилизует ресурсы, структуры полосатого тела связывают оценку с действием, префронтальная кора обрабатывает выбор на разных уровнях, а система вознаграждения фиксирует последствия. Авторы подчеркивают, что функциональная МРТ измеряет изменения кровотока и насыщения крови кислородом, а не электрическую активность отдельных нейронов, поэтому результаты показывают функциональное разделение процессов, а не буквальную последовательность передачи каждого нервного импульса.
Преимущество семитесловой МРТ связано с гораздо более высокой пространственной детализацией. При обычной функциональной нейровизуализации разрешение часто составляет два-три миллиметра, из-за чего небольшие ядра и тонкие слои могут сливаться с окружающими тканями. Ультравысокое магнитное поле позволяет приблизиться к субмиллиметровому масштабу и исследовать промежуточный, мезоскопический уровень организации мозга.
Работу пока нельзя считать универсальной картой человеческого выбора. Исследование включало всего 20 молодых здоровых взрослых и искусственную задачу с очками, вероятностями и ограничением времени. Авторы планируют проверить найденные механизмы у людей разных возрастов. Особый интерес представляют процессы старения и нейродегенеративные заболевания, включая болезнь Альцгеймера, поскольку многие обнаруженные структуры меняются с возрастом.