Ученые объяснили разницу между мозгами экспертов и новичков — Naked Science
6 минут
София Жаботинская

Ученые объяснили разницу между мозгами экспертов и новичков

Мыши-эксперты не тратят много времени на принятие решения, потому что им не мешает «шум» от других мозговых процессов.

Возбуждающие (зеленые) и тормозные (красные) нейроны на микрофотографиях мышиного мозга
Возбуждающие (зеленые) и тормозные (красные) нейроны на микрофотографиях мышиного мозга / © Churchland Lab, Cold Spring Harbor Laboratory, 2019

Группа исследователей из Лаборатории Колд-Спринг-Харбор (CSHL), Колумбийского университета, Университетского колледжа Лондона и Института Флатирон выяснили, как меняется мозг по мере обучения какому-то навыку. Авторы статьи, опубликованной в Neuron Cell Press, проводили испытания на мышах и создали нейросеть, имитирующую обучающийся мозг.

Когда наш мозг изучает некий навык, будь то определенный тип физической активности, или способ решения каких-то интеллектуальных задач, образуются связи между группами нейронов. Постепенно, по мере того как мы все увереннее закрепляем навык, связи становятся крепче. Нейробиологическая основа таких процессов — давний предмет интересов ученых.

В этой работе авторы обучали мышей, которым подавали световые и звуковые стимулы, правильно определять их и облизывать одну из трех трубочек. Если животное выбирало верно, оно получало вознаграждение. Одновременно ученые снимали активность нейронов их мозга, регистрируя ее с помощью двухфотонного микроскопа. Это устройство помогает видеть процессы, происходящие глубоко в живой ткани, с помощью слежения за радиометками.

Команда обнаружила, что нейроны стали более избирательно реагировать на действия, связанные с задачей, на которую тренировали мышей. Увеличивалась их активность, и чем обученнее и «экспертнее» было животное, тем быстрее нейроны работали и резче включались.

Новизна подхода, как говорят сами исследователи, заключается в том, что регистрировались изменения, происходившие на протяжении процесса обучения. В более ранних же работах изучалось статичное состояние уже обученного мозга. «Мы регистрировали активность сотен нейронов одновременно и изучали, что именно нейроны делали в процессе обучения, — объясняет доцент CSHL Энн Черчлэнд. — Никто на самом деле не знал, как животные или люди изучают структуру задачи и как нейронная активность поддерживает это».

Оказалось, в процессе обучения изменения на нейрональном уровне происходят в течение примерно четырех недель. В начале обучения животное делает выбор, после чего активируется связка нейронов. Чем более оно обучено, тем раньше активируются нейроны: в конце концов они начинают активироваться раньше, чем животное садится выбирать нужную трубочку. То есть оно сразу знает, как надо выбирать. Мозг эксперта так натренирован, что нейросеть, отвечающая за нужную задачу, работает сильнее, чем те, которые ответственны за другие активности. Это помогает легко увидеть ее сигналы среди следов всех остальных мозговых процессов.

Благодаря этим особенностям ученые смогли расшифровать нейронные сигналы мышей и создать на их основе небольшую искусственную нейросеть. Она может угадывать, какое решение примет животное, на основании выборки его нейроактивности с нескольких итераций решения задачи. Чем экспертнее мышь, тем она точнее принимает решение и меньше отвлекается — и тем точнее предсказательная способность искусственной нейросети.

Исследование также позволяет по-новому взглянуть на роль возбуждения и торможения в нейронах, которые происходят в процессе познания. Биофизические модели помогут понять, как эти синапсы работают в мозговых подсетях при принятии решения.

Ранее ученые из Университетского колледжа Лондона выяснили, что в развитии детского мозга важную роль может играть икота. Их коллеги из Австралии, Канады, Венгрии и Франции нашли в головном мозге рецептор, отвечающий за регуляцию плохого настроения.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
21 июля
4 минуты
Сергей Васильев

До сих пор было неизвестно, могут ли плоды передавать сигналы материнскому растению, но опыты, поставленные на томатах, показали, что это действительно происходит.

Вчера, 10:07
6 минут
Сергей Васильев

Первые сейсмические данные о внутренней структуре Красной планеты показали ее удивительно толстую кору и большое расплавленное ядро.

Вчера, 05:40
6 минут
Мария Азарова

Американские ученые проверили, есть ли взаимосвязь между возрастом и титрами нейтрализующих антител к классическому штамму коронавируса и бразильскому варианту у привитых людей.

21 июля
22 минуты
Александр Березин

Существующие континенты движутся к слиянию в один — это лишь вопрос времени, считают большинство исследователей. Группа ученых решила выяснить, что будет с обитаемостью Земли после того, как это слияние завершится. Как оказалось, температура на планете существенно вырастет при любом исходе. Но в случае формирования одного из двух возможных суперконтинентов на суше станет намного холоднее. Если возникнет второй суперконтинент, доля обитаемой твердой поверхности, напротив, возрастет. Почему так получается и что из этого следует?

21 июля
4 минуты
Сергей Васильев

До сих пор было неизвестно, могут ли плоды передавать сигналы материнскому растению, но опыты, поставленные на томатах, показали, что это действительно происходит.

18 июля
5 минут
Илья Ведмеденко

Представлены первые фотографии перспективного российского боевого самолета, премьера которого состоится на грядущем авиасалоне МАКС. Ранее мы уже могли видеть новую машину, однако ее скрывал защитный чехол.

13 июля
5 минут
Ольга Иванова

Международная команда ученых идентифицировала ДНК из почвы в грузинской пещере. Благодаря этому исследователям удалось восстановить геном человека возрастом 25 тысяч лет, не имея никаких скелетных останков.

8 июля
7 минут
Василий Парфенов

Подросток из бельгийского города Остенде стал вторым самым юным обладателем высшего образования в обозримой истории. Он с отличием окончил курс физики в Антверпенском университете и теперь собирается защитить магистерскую степень, а затем и докторскую диссертацию в этой области. Цель у него простая и понятная: увеличение продолжительности жизни человека вплоть до полного бессмертия за счет замены частей тела и органов механическими или искусственными.

11 июля
28 минут
Александр Березин

Еще год назад почти все были уверены, что эпидемия быстро закончится. Ведь научные исследования говорили: иммунитет переболевших очень сильный, а повторные заболевания крайне редки. Российские власти все еще верят в это: глава Роспотребнадзора Анна Попова утверждает, будто повторно болеет только 1%. От этого в России до сих пор ждут достижения «группового иммунитета» осенью — и, разумеется, снятия ковидных ограничений. К сожалению, это пустые надежды. Данные из других стран вообще не показывают реальной возможности достичь группового иммунитета за счет переболевших. Разбираемся в деталях.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: