Черные вороны (Corvus corone) способны принимать решения в условиях неопределенности всего за 235 миллисекунд — примерно вдвое быстрее человека и макаки-резуса. К такому выводу пришли немецкие исследователи, изучив поведение птиц и активность их мозга. Оказалось, что, несмотря на существенные различия в строении мозга птиц и млекопитающих, некоторые механизмы принятия решений у них устроены удивительно сходным образом. Результаты исследования опубликованы в журнале Science.

Когда мозг сталкивается с неоднозначной информацией, ему приходится собирать свидетельства, прежде чем сделать выбор. Например, услышав шорох в траве, животное должно решить, свидетельствует ли он о присутствии хищника или вызван ветром. Один из наиболее изученных механизмов такого рода — накопление сенсорных данных до достижения определенного порога, после которого принимается решение.

У макак-резусов этот процесс исследовали с помощью эксперимента, в котором животным предлагали определить преобладающее направление движения множества точек на экране. Одни точки двигались вправо, другие — влево, а задача состояла в том, чтобы выбрать направление, в котором перемещалась большая часть из них. Чем заметнее было преобладание точек одного направления, тем быстрее обезьяны принимали решение. При этом в теменной коре обнаружили нейроны, активность которых возрастала по мере накопления свидетельств в пользу того или иного ответа. Когда возбуждение достигало определенного уровня, животное делало выбор.

В подобных испытаниях макакам обычно требуется 410–600 миллисекунд, а людям, которым позволяют отвечать в собственном темпе, — 450–820 миллисекунд. Однако до сих пор оставалось неясным, действует ли аналогичный механизм у птиц. Их мозг устроен иначе: у них нет неокортекса, который играет важную роль в обработке информации и принятии решений у млекопитающих.

Филипп Шмидбауэр и Андреас Нидер из Тюбингенского университета решили проверить, как с этой задачей справятся черные вороны (Corvus corone). В эксперименте участвовали две птицы в возрасте девяти и десяти лет. Исследователи показывали им движущиеся точки, которые могли перемещаться преимущественно в одном из двух противоположных направлений. Доля точек, двигавшихся согласованно, составляла 3, 9, 27 или 81 процент. В контрольных испытаниях все точки двигались хаотично, так что выделить преобладающее направление было невозможно.

Вороны сообщали о своем выборе, клюя одну из двух расположенных рядом с экраном целей. Одновременно ученые регистрировали активность нейронов каудолатерального нидопаллиума — области птичьего мозга, которую по некоторым функциям сопоставляют с префронтальной корой млекопитающих.

В среднем птицы правильно определяли направление движения точек в 75 процентах испытаний. Даже при минимальной согласованности движения, когда в одном направлении перемещались лишь три процента точек, вороны выбирали правильный ответ чаще, чем можно было бы ожидать при случайном угадывании. При когерентности 81 процент точность достигала 99 процентов.

Но особенно примечательной оказалась скорость реакции. Вороны принимали решение в среднем за 235 миллисекунд, причем время ответа почти не зависело от сложности задачи. Даже когда все точки двигались случайным образом, птицы делали выбор за 254 миллисекунды.

Записи активности мозга помогли выяснить, как им это удается. В нидопаллиуме обнаружилась группа нейронов, избирательно реагирующих на направление движения. Одни клетки сильнее активировались при движении в одну сторону, другие — в противоположную. Уже через 70 миллисекунд после появления точек активность этих групп начинала различаться в зависимости от того, какой ответ в итоге выбирала ворона. До клевка по целевой метке оставалось еще около 170 миллисекунд.

Примечательно, что нейронная активность отражала именно выбор птицы, а не только свойства зрительного сигнала. Это проявлялось даже в ошибочных ответах и испытаниях со случайным движением точек: сильнее возбуждались клетки, соответствующие выбранному направлению, независимо от того, совпадало ли оно с действительным преобладанием движения.

По мере усиления сигнала нейроны, связанные с правильным ответом, активировались быстрее. Однако характер этой зависимости отличался от того, что наблюдали у приматов. У обезьян скорость накопления нейронной активности приблизительно линейно связана с согласованностью движения точек. У ворон лучше работала логарифмическая модель: при слабом сигнале небольшое увеличение согласованности заметно ускоряло нарастание активности, тогда как при сильном эффект постепенно ослабевал.

Исследователи обнаружили и другой важный признак механизма принятия решений — порог возбуждения нейронов. При быстрых ответах активность нарастала быстрее, при медленных — медленнее, но примерно за 50 миллисекунд до клевка она во всех случаях приближалась к одному уровню. Это указывает на существование определенного порога, достижение которого запускает действие. При этом порог не был абсолютно жестким: авторы допускают, что на него могут влиять дополнительные факторы, например уверенность птицы в своем выборе.

Таким образом, у ворон и приматов обнаружились общие принципы обработки неоднозначной информации. В обоих случаях нейронная активность отражает накопление свидетельств в пользу одного из вариантов ответа, а решение принимается при достижении определенного уровня возбуждения. При этом соответствующие механизмы сформировались независимо в ходе эволюции и реализуются в мозге с различным строением.

Высокую скорость реакции ворон ученые связывают с особенностями организации птичьего мозга, в котором нейроны паллиума расположены плотно и образуют многочисленные связи. Свою роль могут играть и быстрота зрительной обработки информации, и развитый зрительно-моторный контроль, важный для птиц в повседневной жизни.

Работа продолжает исследования команды Андреаса Нидера, посвященные нейронным основам восприятия у врановых. Ранее ученые показали, что реакция воронов на слабые зрительные стимулы отражается в активности нейронов паллиума. Некоторые клетки кодировали не столько сам стимул, сколько факт его осознанного восприятия птицей. Авторы предположили, что подобная активность может служить одним из нейронных коррелятов сознания. Новые результаты дополняют эту картину: сложная обработка информации и быстрое принятие решений возможны и без неокортекса, характерного для мозга млекопитающих.