Исследуя мозг, ученые доказали, что «повторение — мать учения»
Научное доказательство тому, что повторение действий снова и снова с течением времени укрепляет нейронные пути в мозгу, фиксируя представление о них в памяти, нашли исследователи из Университета Рокфеллера и Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, 16 мая сообщает пресс-сужба Университета Рокфеллера.
Чтобы доказать, известную формулу успешного выполнения какой-либо работы — «практика ведет к совершенству», ученые использовали инновационную технологию, разработанную руководителем лаборатории неврологии и биофизики Университета Рокфеллера Алипашей Вазири.
Метод Вазири позволил вести одновременное наблюдение за 73 000 кортикальных нейронов у мышей в процессе их обучения и последующего повторения определенного задания, длившегося две недели.
В результате исследователи смогли установить, что при многократных повторениях представления о действиях в цепях рабочей памяти трансформируются из нестабильных в устойчивые. Это дает представление о том, почему выполняемые действия в этом случае становятся более точными и автоматическими.
«В этой работе мы показываем, как рабочая память — способность мозга хранить и обрабатывать информацию — улучшается на практике, — поясняет Вазири. — Мы ожидаем, что эти открытия не только улучшат наше понимание обучения и памяти, но также будут иметь значение для решения проблем, связанных с памятью».
Рабочая память необходима при выполнении множества когнитивных функций, но механизмы, лежащие в основе ее формирования, сохранения и воспроизведения, благодаря которым мы можем выполнить задачу, выполненную нами ранее, без необходимости изучать ее заново, еще оставались неясными.
Ученые из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе в рамках текущего исследования намеревались вести наблюдения за изменениями стабильности, происходящими с течением времени, зафиксированных в рабочей памяти мозга представлений, чтобы выяснить, какую роль эти изменения играют в способности хорошо выполнять задачу по команде.
Для этого им было необходимо многократно регистрировать состояние популяции нейронов у мышей в течение относительно длительного периода, пока животные обучались и получали навыки в выполнении определенной задачи. Но существующие при этом технические ограничения не позволяли получать изображение активности большой популяции нейронов в реальном времени в течение длительных периодов и на любой глубине ткани коры головного мозга.
Для решения возникшей проблемы они обратились к Вазири, который разработал методы визуализации мозга, ставшие одними из немногих, способных охватывать большую часть коры головного мозга мыши в реальном времени с высоким разрешением и скоростью.
Технология Вазири — микроскопия световых шариков (LBM) — позволяет вести высокоскоростную объемную визуализацию, способную регистрировать in vivo с клеточным разрешением активность популяций, содержащих до 1 миллиона нейронов.
В данном исследовании ученые использовали LBM для получения изображения клеточной активности у мышей 73 000 нейронов одновременно на разных глубинах коры и отслеживания активности одних и тех же нейронов в течение двух недель, в то время как подопытные животные определяли, вспоминали и повторяли последовательность запахов.
Полученные данные позволили исследователям установить, что схемы рабочей памяти изменяются по мере того, как мыши осваивают правильные последовательности. Если сначала цепи рабочей памяти были нестабильными, то в процессе неоднократного повторения этого задания, цепи у мышей начали стабилизироваться и укрепляться.
«Это то, что мы называем „кристаллизацией“, — пояснил Вазири. — Результаты, по сути, показывают, что повторяющиеся тренировки не только улучшают навыки, но и приводят к глубоким изменениям в цепях памяти мозга, делая работу более точной и автоматической».
Исследователь из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе невролог Пейман Гольшани добавил:
«Если представить, что каждый нейрон мозга издает разные ноты, то мелодия, которую генерирует мозг при выполнении задачи, менялась изо дня в день, но затем становилась всё более и более утонченной и постоянной по мере того, как животные продолжали выполнять задачу».
В публикации отмечается, что эти открытия стали уникальными в том числе благодаря возможностям LBM — крупномасштабной и глубокой визуализации тканей.
«В будущем мы сможем изучить роль различных типов нейрональных клеток, участвующих в реализации этого механизма, и, в частности, взаимодействие разных типов интернейронов с возбуждающими клетками. Нам также интересно понять, как обучение реализуется и может быть перенесено в новый контекст, то есть как мозг может обобщить выученную задачу на некоторые новые неизвестные проблемы», — рассказал о планах исследователей Вазири.
