Мозг сравнивает ожидания с реальностью

В малоизученной структуре мозга обнаружили нейроны, реагирующие на неопределённость и ошибки прогнозирования

Представьте, что вы ежедневно ездите на работу одним маршрутом. Дорога обычно свободна, и вы почти не задумываетесь о выборе. Но однажды возникает пробка. На следующий день она повторяется.

В какой момент вы решите изменить маршрут? После первой неудачи, второй или пятой?

Ответ зависит не только от количества неприятных событий. Мозгу необходимо оценить, насколько можно доверять прежним ожиданиям и действительно ли изменились обстоятельства.

Именно этот механизм заинтересовал нейробиологов.

6 октября 2026 года в журнале Nature Neuroscience вышло исследование Human claustrum neurons encode uncertainty and prediction errors during aversive learning. Международная группа под руководством специалистов Yale University впервые получила прямые свидетельства того, что отдельные нейроны человеческого клауструма связаны с обработкой таких абстрактных характеристик, как неопределённость и ошибка прогнозирования.

Клауструм — загадочная структура глубоко внутри мозга

Клауструм, или ограда мозга, представляет собой тонкую пластинку серого вещества, расположенную глубоко внутри больших полушарий.

Несмотря на небольшие размеры, эта структура имеет многочисленные связи с другими областями мозга, включая участки коры, участвующие в восприятии, внимании и управлении поведением.

Клауструм известен анатомам давно. Однако установить, какую именно информацию он обрабатывает, оказалось непросто.

Одна из причин — его расположение и толщина. Обычные методы нейровизуализации не позволяют достаточно точно наблюдать за активностью отдельных нейронов этой структуры.

Исследователи выдвигали разные предположения о её функциях: от участия в объединении сенсорной информации до возможной роли в сознательном восприятии.

В 2024 году специалисты Йельского университета научились регистрировать активность отдельных нейронов человеческого клауструма во время сна. Новое исследование позволило перейти к более сложной задаче — наблюдению за этими клетками во время обучения и принятия решений.

Почему пациентов попросили управлять космическим кораблём

В исследовании участвовали семь пациентов с эпилепсией, плохо поддающейся лекарственному лечению.

В рамках медицинского обследования им имплантировали электроды, чтобы определить области мозга, в которых возникают эпилептические приступы.

На концах электродов находились тончайшие проводники диаметром около 40 микрометров. Они позволяли регистрировать электрические импульсы отдельных нейронов.

Активность клауструма удалось записать у четырёх пациентов. Дополнительно исследователи получали сигналы из передней поясной коры и миндалевидного тела.

Участникам предложили компьютерную игру.

Они управляли космическим кораблём, который должен был проходить через безопасные промежутки между приближающимися астероидами.

Проблема заключалась в том, что безопасные проходы появлялись неслучайным, но изменяющимся образом.

В одни периоды проход чаще возникал в верхней части экрана, в другие — в нижней. Вероятность безопасного прохода в определённой зоне могла составлять 90%, а затем снижаться до 10%.

Причём астероиды приближались настолько быстро, что исправить положение корабля после их появления было практически невозможно.

Чтобы избежать столкновения, участникам приходилось заранее выбирать наиболее вероятный безопасный маршрут.

Иными словами, успешная игра зависела не столько от скорости реакции, сколько от способности учиться на предыдущих событиях и корректировать ожидания.

Постепенно участники действительно улучшали результаты. Доля столкновений снизилась примерно с 66% в первой четверти попыток до 55% в последней.

После столкновения они также заметно активнее меняли положение корабля перед следующими препятствиями.

Как мозг обнаруживает ошибку прогноза

Для анализа исследователи использовали математическую модель вероятностного обучения.

Она позволяла по последовательности событий и действиям участников оценивать две характеристики.

Первая — ошибка прогнозирования.

Предположим, человек считает, что безопасный проход находится слева с вероятностью 90%.

Если проход действительно появляется слева, результат соответствует ожиданию.

Но если он неожиданно оказывается закрытым, возникает большая ошибка прогнозирования: реальность существенно отличается от того, что предполагалось.

Важно, что в нейробиологии ошибка прогнозирования не обязательно означает неправильное действие человека.

Это прежде всего величина расхождения между ожидаемым и фактическим результатом.

Вторая характеристика — неопределённость.

Здесь возникает принципиально другой вопрос.

Человек может считать, что определённый маршрут безопасен с вероятностью 90%. Но насколько надёжна сама эта оценка?

Одно дело — сделать такой вывод после нескольких попыток. Совсем другое — после десятков наблюдений, подтверждающих одну закономерность.

Вероятность предполагаемого результата может быть одинаковой, а уверенность в правильности этой вероятности — различной.

Математическая модель учитывала накопленный опыт, изменение условий и степень неопределённости оценок.

Это позволяло сопоставлять активность нейронов не только с тем, что происходило на экране, но и с предполагаемыми внутренними представлениями участников.

Что обнаружили в активности отдельных нейронов

Всего исследователи зарегистрировали активность 110 нейронов клауструма.

Из них 78 изменяли свою активность в связи с событиями компьютерной игры.

При этом нейроны реагировали по-разному.

Одни отвечали преимущественно на появление астероидов. Другие меняли активность после столкновения или успешного прохождения опасного участка.

Но наиболее интересные результаты появились при сопоставлении электрических сигналов с математической моделью обучения.

В одном из видов анализа исследователи обнаружили:

• 31 нейрон, активность которого была связана с высокой неопределённостью;
• 25 нейронов, демонстрировавших усиление активности при большой ошибке прогнозирования.

Эти группы существенно перекрывались. Многие клетки реагировали на оба показателя.

Это важная особенность результата.

Мозг, по-видимому, не обязательно разделяет обработку неопределённости и неожиданного исхода между двумя независимыми группами нейронов.

Напротив, активность одной клетки может зависеть сразу от нескольких характеристик происходящего.

При этом неопределённость и ошибка прогнозирования сами по себе статистически связаны. Поэтому исследование не позволяет окончательно разделить их влияние на каждый нейрон.

Тем не менее дополнительные методы анализа подтвердили, что активность части нейронов клауструма содержала информацию об этих скрытых характеристиках даже после учёта положения корабля, появления препятствий и результата попытки.

Разные структуры мозга включаются в разные моменты

Учёные сравнили клауструм с двумя другими областями мозга.

Первая — передняя поясная кора, участвующая в контроле поведения, оценке результатов и корректировке действий.

Вторая — миндалевидное тело, хорошо известное своей ролью в эмоциональной обработке информации и обучении, связанном с опасностью.

Оказалось, что клауструм и передняя поясная кора демонстрировали сходную общую вовлечённость в выполнение задания.

Примерно 70% зарегистрированных нейронов в каждой из этих областей изменяли активность в зависимости от событий игры.

Однако характер сигналов различался.

В клауструме многие нейроны сильнее реагировали на столкновение корабля с астероидами, чем на успешное прохождение.

В передней поясной коре предпочтения отдельных нейронов были распределены более равномерно: одни активнее отвечали на неудачи, другие — на успешные исходы.

Различалось и время появления сигналов.

Передняя поясная кора демонстрировала активность, связанную с неопределённостью, в том числе между попытками, когда астероидов ещё не было на экране.

В клауструме такие сигналы преимущественно проявлялись во время активного избегания препятствий, когда новая информация уже поступала и требовалось учитывать результат.

В миндалевидном теле признаки обработки этих математически определённых характеристик оказались значительно слабее.

Полученные данные указывают на возможное разделение функций между несколькими областями мозга, участвующими в прогнозировании и обновлении ожиданий.

Почему мозгу недостаточно просто запоминать ошибки

Здесь находится главный смысл исследования.

Представление об обучении как о накоплении успешных и неудачных действий слишком упрощает реальную работу мозга.

Для адаптации важно не только запомнить результат, но и понять, насколько он меняет прежние представления.

Рассмотрим два случая.

В первом человек много раз убеждался, что определённое действие безопасно, но однажды столкнулся с неожиданной неудачей.

Во втором условия постоянно меняются, и человек заранее знает, что надёжного прогноза у него нет.

Одинаковый неприятный результат в этих ситуациях имеет разное информационное значение.

В первом случае событие резко противоречит сложившимся ожиданиям.

Во втором оно происходит на фоне уже существующей неопределённости.

Следовательно, для обновления представлений мозгу необходимо учитывать как сам результат, так и надёжность прежнего прогноза.

Результаты исследования согласуются с концепцией предиктивной обработки информации.

Согласно этой концепции, мозг непрерывно формирует прогнозы относительно окружающего мира, сопоставляет их с поступающими сигналами и использует расхождения для изменения внутренних представлений.

Новая работа особенно интересна тем, что связанные с этим процессом сигналы удалось обнаружить непосредственно в активности отдельных человеческих нейронов.

Причём в клауструме — структуре, которую прежде редко рассматривали как участника столь сложных вычислительных процессов.

Что пока остаётся неизвестным

Несмотря на интересные результаты, исследование имеет существенные ограничения.

Прежде всего, в нём участвовали только семь человек, а записи нейронов клауструма были получены у четырёх.

Все участники проходили обследование по поводу эпилепсии и могли получать противоэпилептические препараты. Это необходимо учитывать при распространении результатов на здоровых людей.

Кроме того, исследователи изучали определённый вид обучения — адаптацию к изменяющейся вероятности неприятных исходов.

Это не означает, что обнаруженные закономерности одинаково проявляются при любых решениях: от выбора маршрута до сложных социальных ситуаций.

Есть и методологическая особенность.

Неопределённость и ошибки прогнозирования не измеряли непосредственно как независимые физические величины. Их рассчитывали с помощью математической модели, описывающей поведение участников.

Поэтому результаты показывают связь нейронной активности с этими оценками, но не доказывают, что мозг использует именно такой математический алгоритм.

Наконец, работа не устанавливает причинную роль клауструма в изменении поведения.

Чтобы выяснить, действительно ли эта структура помогает корректировать ожидания, необходимо проверить, что происходит при целенаправленном изменении её активности.

Авторы предлагают в дальнейших исследованиях изучить взаимодействие клауструма с передней поясной корой, в том числе с помощью одновременной регистрации сигналов и методов нейростимуляции.

Может ли открытие помочь медицине

Пока исследование относится прежде всего к фундаментальной нейробиологии.

Оно не предлагает способа улучшить память, повысить точность решений или лечить тревожные расстройства.

Однако способность оценивать неопределённость и изменять ожидания имеет большое значение для человеческого поведения.

Нарушения этих процессов могут обсуждаться в контексте различных психических и неврологических состояний. Но прежде необходимо установить, какую именно роль играет клауструм и как он взаимодействует с другими структурами мозга.

Для врачей и исследователей работа открывает новое направление изучения механизмов адаптации к меняющимся условиям.

Следующий этап — выяснить, какие из обнаруженных нейронных сигналов действительно участвуют в изменении поведения, а какие лишь сопровождают этот процесс.