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.
Вчера, 08:57
7 минут
СФУ

Ученые Сибирского федерального университета в составе международной группы изучили двумерные полимеры на основе тетраоксо[8]циркулена и атомов s-металлов таблицы Менделеева с помощью квантово-химического моделирования. Выяснилось, что модификация поверхности полимера тетраоксо[8]циркулена атомами кальция приводит к появлению сверхпроводимости при температуре ниже 14,5 К и возможной реализации двухуровневой системы на атомах кальция, перспективной для построения квантовых битов и последующей реализации в квантовых компьютерах.

Позавчера, 22:13
6 минут
Мария Азарова

Опрос среди совершеннолетних жителей разных российских регионов показал, что 64 процента из них не верят в естественное происхождение коронавируса — главным образом эта категория представлена людьми старше 40 лет.

Вчера, 21:17
5 минут
Мария Кривоченко

Ученые провели комплексный анализ причин, по которым люди решают бросить высшее учебное заведение. Самым частым поводом оказалось разочарование в выбранной специальности или процессе образования в целом. При этом исследователи отмечают, что факторов, влияющих на отказ от окончания вуза, обычно несколько.

26 февраля
10 минут
Василий Парфенов

Даже при разработке точнейших научных инструментов случаются разные технические сюрпризы — и хорошо, если приятные. К счастью, именно так вышло на этот раз. Ученые получили очередную порцию данных с космического аппарата Parker Solar Probe и здорово удивились. На сделанном в оптическом диапазоне снимке ночной стороны Венеры видны детали поверхности, обычно скрытые плотными облаками. Теперь предстоит решить загадку: либо камера оказалась чувствительна к инфракрасному диапазону излучения, либо случайно обнаружилось «окно» для наблюдений через атмосферу этой планеты.

26 февраля
8 минут
Мария Азарова

Математическое моделирование позволило подсчитать, что большинство случаев тяжелого течения коронавирусного заболевания и госпитализаций по этой причине в США оказались связаны с одним из четырех кардиометаболических нарушений, а главным образом — с ожирением.

Позавчера, 10:00
42 минуты
Редакция

Все знают, что нефть — это углеводороды. Но из чего она образовалась? Правда ли, что из динозавров? И сколько миллионов лет нефти, из которой сегодня делают бензин и сотни других важных окружающих нас вещей? Разбираемся, какие запасы нефти залегают в России и сколько их осталось, почему их до сих пор не добыли, а также, как это связано с существами, которые жили миллионы лет назад.

26 февраля
10 минут
Василий Парфенов

Даже при разработке точнейших научных инструментов случаются разные технические сюрпризы — и хорошо, если приятные. К счастью, именно так вышло на этот раз. Ученые получили очередную порцию данных с космического аппарата Parker Solar Probe и здорово удивились. На сделанном в оптическом диапазоне снимке ночной стороны Венеры видны детали поверхности, обычно скрытые плотными облаками. Теперь предстоит решить загадку: либо камера оказалась чувствительна к инфракрасному диапазону излучения, либо случайно обнаружилось «окно» для наблюдений через атмосферу этой планеты.

21 февраля
20 минут
Василий Парфенов

Кого и что только ни успели уже обвинить в технологической катастрофе, которая произошла на этой неделе в США. Но эмоции плавно оседают, и начинают появляться первые результаты разбирательства. А они порой вызывают искреннее недоумение, честно говоря.

15 февраля
9 минут
Василий Парфенов

Новость, которую странно публиковать на серьезном научно-популярном портале, но от реальности не убежишь. Уфологи всего мира могут радоваться: американские военные официально признали, что изучали места крушения НЛО и в их распоряжении есть некие аномальные объекты, свойства которых выходят за рамки известных науке материалов.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

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: