Нейрохирурги выяснили, как мозг адаптируется к новым условиям

Когда человек учится чему-то новому, работает в том числе гиппокамп — область головного мозга, которая участвует в формировании эмоций, запоминании, ориентации в пространстве. Именно активность гиппокампа помогает переводить информацию из рабочей памяти в долговременную и «закреплять» недавно освоенный маршрут. Однако оказалось, что роль этой области в обучении еще более значима, чем предполагалось.

Нейрохирурги из Калифорнийского технологического института (США), Университета Торонто (Канада), Колумбийского университета (США) и Седарс-Синайского медицинского центра (США) выяснили, что принятие решений на основе абстрагирования и логических выводов полностью зависит от нейронов гиппокампа. Первое исследование, в котором разумное поведение в новых условиях впервые описывается с точки зрения процессов головного мозга, опубликовал журнал Nature.

«Абстрагирование позволяет нам игнорировать несущественные детали и сосредоточиваться на информации, которая необходима, чтобы действовать. Логический вывод — это использование знаний для обоснованных предположений об окружающем нас мире. Оба процесса важны для познания и обучения», пояснили авторы публикации.

В рамках исследования, во время диагностики эпилепсии, ученые имплантировали в мозг 17 пациентам электроды. Затем участников эксперимента попросили выполнить задания на компьютере и фиксировали активность их мозга.

Пациентам несколько раз показывали четыре картинки: с человеком, обезьяной, автомобилем и автобусом. Они должны были нажать кнопку слева или справа — ту, которая соответствует правильному названию объекта на изображении. После каждого ответа участники исследования получали сообщение с текстом «правильно» или «неправильно». Когда люди запомнили все правильные ответы и научились выбирать их с помощью кнопок, правила изменились на противоположные. Правильным в каждом случае стал считаться тот вариант из двух предложенных, который участники эксперимента еще не выбирали.

Многие пациенты быстро поняли, что изменилось, и самостоятельно вывели предпочтительные ответы без специального заучивания — сделали логический вывод.  В этот момент исследователи зафиксировали активность тысяч нейронов в гиппокампе, которая напоминала летящую стаю птиц или толпу болельщиков на стадионе, которые спонтанно начинают петь вместе. Поведение нервных клеток указывало на то, что у участников эксперимента сформировались абстрактные, концептуальные знания, необходимые для выполнения задачи. У тех, кто не смог найти правильные ответы в новых условиях, подобной активности в мозге не обнаружили.

Некоторые пациенты не могли разобраться в изменившихся правилах с опорой на предыдущий опыт ответа на вопросы. Однако после устной инструкции от исследователей они сориентировались, а в мозге сформировалась такая же нейронная структура, как у участников исследования, которые справились с новой задачей самостоятельно.

«Это важнейшее открытие показывает, что вербальный ввод может привести к представлениям, которые в противном случае потребовалось бы долго получать на собственном опыте».

Особенно примечательно, что обнаруженная специфическая активность нейронов локализуется только в гиппокампе. Это не только говорит о его ведущей роли в усвоении абстрактных знаний и формировании логических выводов, но и открывает перспективы для лечения заболеваний, которые его поражают. Например, результаты работы помогут лучше понять, почему нарушается принятие решений у пациентов с болезнью Альцгеймера, обсессивно-компульсивным расстройством и шизофренией.