Наш мозг «учится», даже когда мы просто смотрим вокруг

Сегодня мы уже много знаем о том, как работает мозг. Но чем больше узнаем, тем лучше понимаем, как много в этой области еще неизведанного. Неудивительно, что молекулярные и клеточные основы высшей нервной деятельности, процессов памяти и обучения остаются в центре внимания исследователей. 

Ученые из научно-исследовательского кампуса Медицинского института Говарда Хьюза (США) изучают, как мозг учится на основе сенсорного опыта в зависимости от наличия обратной связи, благодаря которой организм получает информацию от своих действий. Их объектами были две группы лабораторных мышей, которые «бегали» в виртуальной реальности по коридорам, разрисованным псевдореалистичными изображениями, созданными путем объединения случайных фрагментов изображений круга и листа или камня и кирпича. 

В первой группе мыши выполняли задания, за что получали вознаграждение – воду, в которой они были ограничены. Мыши запоминали, в коридоре с каким конкретным рисунком они получали воду, и «находясь» там, начинали заранее облизываться. Животным предлагалось несколько модификаций задания, в которых использовались разные рисунки, а также звуковой сигнал, подаваемый перед получением награды.

Во второй группе мыши «бегали» по тем же коридорам такое же количество времени, но не выполняли никаких заданий. 

У всех животных до и после экспериментов регистрировали работу нейронов первичной зрительной коры – области мозга, ответственной за обработку визуальной информации, а также высших зрительных зон, где происходит распознавание сложных зрительных образов. Чтобы получить доступ к мозгу, животных подвергали хирургической операции, а мозговую активность оценивали с помощью двухфотонного мезоскопа – прибора, позволяющего регистрировать работу больших (до 90 тыс.) групп нейронов одновременно. 

После нескольких недель экспериментов ученые наблюдали стойкие изменения в нейронной активности зрительной коры головного мозга животных, отражающих синаптическую пластичность – способность менять силу связи между нейронами в зависимости от того, как часто и интенсивно они взаимодействуют. Этот механизм лежит в основе обучения, памяти и адаптации к новым ситуациям.

Удивительным оказалось то, что большая часть изменений наблюдалась как у мышей, выполнявших задания, так и у тех, которые просто «бегали», рассматривая картинки. 

Исключением были передние зрительные области, которые кодировали уникальные сигналы, по-видимому, связанные непосредственно с выполнением задания. Однако большая часть обнаруженных изменений активности нейронов, расположенных, соответственно, в медиальных зрительных областях, по-видимому, была обусловлена самостоятельным исследованием окружающей среды, а не следствием выполнения задачи. Таким образом, можно предположить, что разные области зрительной коры отвечают за разные типы обучения – основанного на самостоятельном исследовании либо на целенаправленном выполнении поставленной задачи. 

Интересно, что когда мышам, которые просто рассматривали «коридоры», позже предложили задания с вознаграждением, они научились их выполнять значительно быстрее тех, кто делал это без предварительной подготовки. По-видимому, даже при «бесцельном», на первый взгляд, исследовании окружения нейроны зрительной коры работают, кодируя визуальные данные для построения внутренней модели мира. А когда возникает конкретная задача, эта информация ускоряет обучение.

…Так что не только штудирование учебников или отработка практических навыков, но и простая прогулка по городу или торговому центру может чему-то научить. И эта информация может сослужить нам добрую службу в будущем.

Фото: https://www.flickr.com

Публикации по теме:

Интерактивный мозг – что это такое?

В водовороте жизни МРТ-визуализация мозга и жидких сред организма