Результаты когнитивных тестов макак оказались сопоставимы с человеческими

Ученые Института физиологии им. Павлова исследовали способность обезьян Macaca mulatta (макака-резус) к выполнению когнитивных тестов разной степени сложности, предъявляемых на сенсорном экране компьютера. В ходе ряда поведенческих экспериментов ученые 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.

Макак-резус

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 – наиболее 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 – решеток Габора разной ориентации. Матрицы различались по количеству однонаправленных элементов, другими словами, по степени упорядоченности (рисунок 1). 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 6 из статьи).

Выяснилось, 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 на 1 с, и была инструкция 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 с, у обезьяны – 1.8 с. 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, – добавляет первый автор исследования Дарья Подвигина.

Исследование может позволить экстраполировать на человека результаты электрофизиологических исследований с участием приматов и использовать последних в качестве животной модели изучения нейронных механизмов зрительного восприятия и их нарушения в результате различных патологий.

Кроме того, результаты исследования 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 (ГП-14, раздел 63).

Текст: Институт физиологии им. Павлова

Исследование когнитивных способностей у макак-резусов. Подвигина Д.Н. и др. Журнал высшей нервной деятельности, 2019.