Показано, как меняется мозг во время приобретения навыка

Ученые из Университета Карнеги — Меллона (США) провели эксперимент с обезьянами, которых обучали целенаправленному передвижению курсора. В то же время они следили за паттернами нейронной активности и регистрировали изменения. Так они показали, как меняется работа мозга в процессе приобретения нового навыка. Работа опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

«Мы использовали интерфейс “мозг-компьютер” (BMI), который создает прямую связь между нейронной активностью субъекта и движением курсора на экране. Мы записали активность около 90 нейронных единиц, отвечающих за движения рукой, в первичной моторной коре макак-резусов, пока они выполняли задания на передвижение курсора в определенную область», — объяснила руководитель исследования Эмили Оби (Emily Oby).

Авторы предположили, что обучение новым навыкам достигается формированием новых паттернов нейронной активности. Под этими паттернами они понимают темп совместного запуска популяции нейронов, измеренный в короткий временной промежуток. Чтобы проверить предположение, ученые решили добиться трех задач: стимулировать формирование новых паттернов, зафиксировать их, если они появятся, и связать их с новыми поведенческими особенностями.

Сначала исследователи представили обезьянам «интуитивное управление», чтобы показать, как те волевым усилием могут передвигать курсор. Затем они стимулировали обучение. В среднем в течение девяти дней животные учились перемещать курсор в одну из восьми окружностей. По прошествии этого времени макаки научились управлять курсором так, чтобы загонять его в нужную область. Однако ученые смотрели прежде всего на нейронные паттерны до и после обучения в первичной моторной коре. Они заметили, что процент новых нейронных паттернов увеличивался с каждым днем. Отсюда они заключили, что мозг при обучении формирует новые паттерны, но для этого ему необходимо время.

Авторы считают, что мозг людей работает по тому же принципу. Тот же механизм формирования новых нейронных паттернов действует в мозге человека, обучающегося, к примеру, игре на фортепиано. В будущем это открытие может помочь людям с черепно-мозговой травмой, которым приходится заново обучаться утерянным навыкам.

Ранее ученые из Национального университета Сингапура связали эффективность обучения с синхронизацией потенциалов в синапсе. Они определили, что, когда всплеск активности в синапсе с обоих концов происходит одновременно, связь усиливается на период до четырех часов.