В ходе открытия, которое может помочь в лечении нарушений обучаемости, инсультов, шума в ушах и хронической боли, исследователи UT Даллас обнаружили, что стимуляция нервов головного мозга ускоряет обучение в лабораторных тестах.
Другой важный вывод исследования, опубликованный в выпуске Neuron от 14 апреля, касается положительных изменений, обнаруженных после завершения стимуляции и обучения. Исследователи, отслеживающие активность мозга крыс, обнаружили, что реакции мозга в конечном итоге вернулись к состоянию до стимуляции, но животные все еще могли выполнять усвоенную задачу. Эти результаты позволили исследователям лучше понять, как мозг учится и кодирует новые навыки.
Предыдущие исследования показали, что люди и животные, выполняющие задание, претерпевают серьезные изменения в своем мозгу. Обучение чтению шрифта Брайля одним пальцем приводит к усилению реакции мозга на обученную цифру. Умение различать набор тонов приводит к усилению реакции мозга на обученные тоны.
Но было неясно, являются ли эти изменения просто совпадением или действительно помогают в обучении. «Текущее исследование показывает, что изменения в мозге значимы, а не просто случайны», – сказал доктор. Аманда Рид, написавшая статью с коллегами из Техасского университета из Далласской школы поведенческих наук и наук о мозге.
Рид и ее коллеги-исследователи использовали стимуляцию мозга для высвобождения нейротрансмиттеров, которые заставляли мозг усиливать реакцию на небольшой набор тонов. Команда обнаружила, что это увеличение позволило крысам научиться выполнять задание, используя эти тоны, быстрее, чем животные, которые не получали стимуляции. Это открытие является первым прямым доказательством того, что большая реакция мозга может помочь в обучении.
Будущие методы лечения, которые усиливают большие изменения в мозге, также могут помочь в восстановлении после инсульта или нарушениях обучения. Кроме того, некоторые расстройства головного мозга, такие как шум в ушах или хроническая боль, возникают, когда масштабные изменения мозга не могут быть обращены вспять. Таким образом, это новое понимание того, как мозг обучается, может привести к более эффективному лечению этих состояний.
Исследователи снова исследовали мозг лабораторных животных после того, как крысы в течение нескольких недель выполняли выученную задачу. Мозг, казалось, вернулся в нормальное состояние, хотя животные не разучились выполнять задание, которому они научились. Это означает, что, хотя большие изменения в мозге были полезны для начального обучения, эти изменения не обязательно должны быть постоянными, пишет Рид.
"Мы думаем, что этот процесс расширения мозговых реакций во время обучения с последующим их сокращением после завершения обучения может помочь животным и людям выполнять множество различных задач с высоким уровнем навыков," Рид сказал. "Так, например, это может объяснить, почему люди могут освоить новый навык, такой как рисование или игра на пианино, не жертвуя своей способностью завязывать обувь или печатать на компьютере."
Исследование Рида и его коллег поддерживает теорию о том, что крупномасштабные изменения мозга не отвечают напрямую за обучение, а ускоряют обучение за счет создания расширенного пула нейронов, из которого мозг может выбирать наиболее эффективные и небольшие "сеть" овладеть новым навыком.
По словам Рида, этот новый взгляд на мозг можно сравнить с экономикой или экосистемой, а не с компьютером. Компьютерные сети разрабатываются инженерами и работают с использованием конечного набора правил и решений для решения проблем. Мозг, как и другие естественные системы, работает методом проб и ошибок.
Первым шагом обучения является создание большого набора разнообразных нейронов, которые активируются при выполнении нового навыка. Второй шаг – определить небольшое подмножество нейронов, которые могут выполнить необходимые вычисления и вернуть остальные нейроны в их предыдущее состояние, чтобы их можно было использовать для изучения следующего нового навыка.
К концу длительного периода обучения умелая работа достигается за счет небольшого числа специализированных нейронов, а не за счет крупномасштабной реорганизации мозга. Это исследование помогает объяснить, как мозг может осваивать новые навыки, не мешая полученному ранее обучению.
Исследователи использовали анестезию при введении электродов в мозг лабораторных крыс. По словам Рида, стимуляция мозга была безболезненной для крыс. Соавторами исследования были доктора. Джонатан Райли, Райан Каррауэй, Андрес Карраско, Клаудия Перес, Викрам Джаккамсетти и Майкл Килгард из UT Dallas.