Нейробиологи узнали, что заставляет наш мозг удивляться и как это помогает в обучении
Исследователи из Массачусетского технологического института детально изучили реакцию мозга на неожиданные события, механизм принятия решений, а также то, как чувство удивления помогает в обучении и какую роль во всем этом играет норадреналин.
Норадреналин (или норэпинефрин) — один из основных нейромодуляторов, воздействующий на нейроны во многих областях головного мозга, но вырабатывающийся в основном глубоко в его недрах, в клетках голубого пятна (области голубоватого цвета в стволе мозга). Он участвует во множестве функций мозга, включая возбуждение, повышение бдительности, память, обучение и состояние беспокойства. Дисфункция голубого пятна, дегенерация системы производства или распознавания норадреналина считаются признаками таких нейродегенеративных заболеваний, как болезни Альцгеймера, Паркинсона и Хантингтона.
В новом исследовании команда из Массачусетского технологического института (США) решила изучить роль голубого пятна в конкретном типе обучения — обучения с подкреплением, или методом проб и ошибок. Для этого авторы обучали мышей нажимать на рычаг, когда они слышали высокочастотный звуковой сигнал, и ничего не делать в случае низкочастотного сигнала. Когда грызуны правильно реагировали на высокочастотный сигнал, они получали воду, но если нажимали на рычаг, когда слышали низкочастотный звук, то получали неприятную струйку воздуха.
Помимо этого, животных обучили сильнее и решительнее (по сути, быстрее) нажимать на рычаг, когда высокочастотные звуки становились громче. Когда их громкость сигнала была ниже, мыши были менее уверены в том, следует им нажимать или нет, что отражалось на увеличении времени принятия решения.
Чтобы проверить роль именно голубого пятна в обучении и процессе принятия решений, исследователи подавили его активность у обученных особей. В результате период времени, необходимого на то, чтобы решиться нажать на рычаг, у таких мышей значительно увеличивался.
Это позволяет предположить, что высвобождение норадреналина голубым пятном помогает рискнуть получить вознаграждение даже в ситуациях, когда выигрыш не гарантирован. Исследователи также обнаружили, что нейроны, которые генерируют этот норадреналиновый сигнал, по-видимому, посылают большую часть нейромодулятора в моторную кору, чтобы стимулировать животное к действию.
Хотя первоначальный всплеск выработки норадреналина, по-видимому, стимулирует мышей к действию, ученые выяснили, что зачастую встречается второй всплеск, происходящий уже после завершения обучения и испытания. Когда в конце испытуемые получали ожидаемое вознаграждение, эти всплески были небольшими. Однако, когда результат получался неожиданным (например, если мышь получала неприятную струйку воздуха вместо ожидаемой заслуженной награды), всплески выработки нейромодулятора оказались намного больше.
«В последующих испытаниях такая мышь с гораздо меньшей вероятностью нажмет на рычаг, если не будет уверена в том, что получит вознаграждение. Животное постоянно корректирует свое поведение, — объяснил профессор нейробиологии в отделе изучения мозга и когнитивных функций Массачусетского технологического института и главный автор исследования Мригангка Сур (Mriganka Sur). — Хотя мышь уже усвоила задачу, она корректирует свое поведение в зависимости от того, что только что сделала».
Подопытные также демонстрировали всплески выработки норадреналина в испытаниях, когда получали неожиданное вознаграждение. Эти всплески, по-видимому, распространяли норадреналин во многие части мозга, включая префронтальную кору, ответственную за планирование сложного поведения, принятие решений и другие высшие когнитивные функции. Подобная реакция на неожиданные события позволяла корректировать результаты обучения и лучше выполнять задачу на последующих стадиях исследования.
В дальнейшем авторы работы планируют изучить возможное взаимодействие норадреналина с другими нейромодуляторами, особенно дофамином, который, как известно, тоже реагирует на неожиданное вознаграждение. Кроме того, ученые надеются узнать больше о том, каким образом префронтальная кора сохраняет информацию о сигналах от голубого пятна, чтобы помочь животным улучшить свои результаты в будущих испытаниях.
Статья с результатами исследования опубликована в журнале Nature.
Telegram 
Дзен 
VK Анализ более 150 тысяч древних звезд Млечного Пути показал, что возраст космоса, судя по всему, близок к 13,8 миллиарда лет. Авторы нового исследования заключили, что сценарии, в которых Вселенную приходится делать заметно «моложе» ради решения хаббловского кризиса, плохо согласуются с наблюдениями. Это важно, поскольку возраст старейших светил — один из немногих независимых способов проверить космологические модели не по данным ранней Вселенной, а по объектам нашей собственной Галактики.
Мы много знаем о том, как цивилизации до нас строили дома и дороги, но с объектами материальной культуры дела обстоят сложнее. Ремесленные техники часто хранились в строгом секрете и могли быть случайно утрачены при неудачном стечении обстоятельств. Так случилось с ювелирной техникой цзинь чжэ сы.
Японские исследователи выловили у берегов Окинавы пластиковую бутылку с узким горлышком, внутри которой сидел большой живой краб. В итоге ученые смогли найти ответы на несколько возникших в связи с этой находкой вопросов: как краб попал в бутылку, сколько там находился и как ему удалось выжить?
Ученые Южного федерального университета исследовали новую светочувствительную молекулу и обнаружили, что она ведет себя совсем не так, как ожидалось. Благодаря необычным свойствам она может стать основой для создания умных материалов, сенсоров и лекарств, которые будут активироваться светом именно там, где нужно, например, для борьбы с опасными бактериями.
Авторы нового исследования провели сравнительный анализ видов паукообразных и выяснили, какие эволюционные и биомеханические факторы делают одних пауков быстрыми, а других — медленными. Параллельно ученые выделили из этой группы рекордсмена по скорости перемещения.
Сотрудники факультета экономических наук НИУ ВШЭ показали, что точность прогноза рождаемости в России можно улучшить почти в полтора раза, если добавить в модель динамику поисковых запросов по темам, связанным с беременностью и родами. В наиболее эффективных моделях ошибка прогноза снижается с 4,6 до 3,2%.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно
Последние комментарии