Группа нейрофизиологов из Лундского университета обнаружила в мозге особые механизмы, ответственные за контроль над возникновением новых ассоциаций, научением и забыванием уже выученного. Также ученым удалось объяснить один из центральных постулатов модели процесса научения Рескорла-Вагнера, который гласит, что любой дополнительный условный стимул при формировании классического условного рефлекса ухудшает его закрепление. Работа опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Любой классический условный рефлекс формируется по одной и той же схеме – вслед за условным стимулом (звуком колокольчика) следует стимул безусловный (еда). Постепенно между двумя стимулами происходит процесс ассоциации, и условный сигнал в итоге вызывает безусловную реакцию (слюноотделение). Однако скорость научения новым рефлексам сильно варьирует. Например, для разных особей требуется разное число совместных предъявлений стимулов. Одним из наиболее необычных феноменов при классическом научении является тот факт, что совместное предъявление одновременно двух условных сигналов не улучшает, а, наоборот, ухудшает процесс научения. Этот феномен получил название блокировка Камина (по имени первооткрывателя).
В своем исследовании шведские нейрофизиологи изучали формирование мигательного рефлекса у хорьков. Животным предъявлялись одновременно два сигнала – световая вспышка и звуковой тон (по отдельности для контрольных животных и одновременно для экспериментальных). После ученые дули на хорьков, принуждая их мигнуть. Как и ожидалось, при одном условном сигнале мигательный рефлекс формировался быстрее, чем в условиях спаренного сигнала, вызывающего эффект блокировки.
Ряд предыдущих исследований показал, что в формировании мигательного рефлекса ключевую роль играют нейроны мозжечка. Поэтому в следующей серии экспериментов нейрофизиологи одновременно с поведенческими экспериментами наблюдали активность нейронов мозжечка с помощью вживляемых электродов.
Выяснилось, что существует особая группа нейронов (клеток Пуркинье) которые выступают своеобразным «предохранителем» или «тормозом» в процессе научения. Так, при классическом обучении с одним условным стимулом эти клетки активизировались в тот момент, когда ассоциация между двумя сигналами уже была достаточно сформирована. Иными словами, они как бы «сообщали» другим нейронам: «Вы выучились – достаточно».
В ситуации предъявления двух условных стимулов совместно работа тормозных клеток Пуркинье удваивалась и становилась параллельной – в итоге сигнал об окончании обучения приходил раньше, чем обучение завершалось на самом деле. Именно это и не давало рефлексу закрепиться в случае одновременного предъявления двух стимулов.
По мнению авторов работы, тот же клеточный механизм лежит и в процессах забывания уже выученного, но это предположение требует дополнительной экспериментальной проверки. Также ученые считают, что открытый ими механизм играет ключевую роль в поддержании гомеостаза мозга, так как позволяет нервным структурам экономить энергию и не допускать ее перерасхода.
Математическая модель Рескорла-Вагнера была предложена для объяснения вышеописанного феномена блокировки Камина в 1972 году. Ее суть заключается в том, что при формировании условного рефлекса всегда существует набор стимулов, конкурирующих за некоторый ограниченный ресурс ассоциативной силы, имеющийся в данный момент в наличии в мозге. Эта конкуренция и мешает нормальному формированию условных рефлексов.