Мозг по-разному сохранил выученную информацию

Активность мозга при обработке информации зависит от того, каким путем она была получена в процессе обучения. Это выяснили британские ученые в ходе эксперимента, в котором участникам необходимо было запоминать последовательности, которые либо ассоциировали с определенной наградой, либо нет. Наличие разных независимых путей может обеспечить нормальную работу процессов запоминания и работы памяти даже в случае нарушения некоторых мозговых структур, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature Communications.

Получение новых знаний о мире может происходить разными способами. Основной эволюционно устоявшийся способ — обучение с подкреплением: в среде обучения существует взаимосвязь между каким-то процессом и тем, что за ним следует, а сам процесс обучения зависит от того, насколько эффективно можно их связать.

При этом обнаружение такой взаимосвязи, по-видимому, для обучения не всегда ключевое: получить новый опыт и новые знания можно и спонтанно, без подкрепления (речь идет не только о позитивном, но и о негативном подкреплении). До сих пор, однако, неизвестно, можно ли разделить эти два пути — в особенности в том, что касается работы мозга.

Разобраться в этом решили ученые под руководством Мириам Клян-Флюгге (Miriam Klein-Flügge) из Оксфордского университета, которые провели эксперимент с участием 26 добровольцев. Перед началом эксперимента участникам необходимо было запомнить несколько последовательностей стимулов: для этого им показывали табличку с различными фигурами, по которой необходимо было перемещать курсор от одной фигуры к следующей — каждая фигура в последовательности подсвечивалась после нажатия на предыдущую. После окончания последовательности следовало вознаграждение, а участникам необходимо было запомнить не только порядок, но и количество стимулов до получения награды.

Вместе с этим участники запоминали и последовательности стимулов, которые к вознаграждению не вели — контрольные. Чтобы проверить, как участники запоминали последовательности и их способность связывать последовательности с вознаграждением или его отсутствием, ученые подсчитали время реакции (нажатие на клавишу) при появлении на экране либо сундучка с сокровищами (вознаграждение), либо изображения моста (контрольное условие). Оказалось, что время реакции сокращается в процессе обучения (p < 0,001), а также оно значительно (p < 0,001) ниже для условий с вознаграждением, чем без него.

Интересно, что в процессе обучения наблюдался прогресс не только для последовательностей стимулов, которые ассоциировались с вознаграждением, но и для контрольных стимулов: со временем участники быстрее нажимали на следующую по порядку фигуру и даже смогли запомнить некоторые из предложенных последовательностей в обоих условиях.

На следующий день после обучения ученые провели эксперимент с использованием фМРТ. Во время сканирования участникам показывали стимулы в определенных последовательностях по одному: в этот раз никакого вознаграждения (или его отсутствия) не следовало, и участников просили просто нажимать на кнопку, если на экране появится изображение цветочка. При этом, так как показанные последовательности все равно были выучены, у ученых была возможность оценить различия в активности мозга в зависимости от способа обучения.

Анализ результатов сканирования показал, что в том, как обрабатывается информация в зависимости от способа ее получения, есть существенные различия. Например, при обработке последовательностей, которые ведут к награде, наблюдается прочная функциональная связь между орбитофронтальной корой и височными долями, а при обработке контрольных последовательностей — между префронтальной корой, миндалевидным телом и гиппокампом. Интересно так же, что вне зависимости от способа обучения у участников наблюдалась примерно одинаковая активность в области полосатого тела, которое входит в систему вознаграждения, при появлении первой фигуры в последовательности.   

То, что информация, полученная в результате двух разных способов обучения, обрабатывается и хранится в мозге по-разному (хотя, разумеется, у них есть и пересечения), не удивительно: построение ассоциации между стимулом и вознаграждением при обучении с подкреплением, с одной стороны, требует дополнительных ресурсов, а с другой — гораздо эффективнее. Авторы отмечают, что существование нескольких таких путей может обеспечить эффективную работу памяти даже в том случае, если работа каких-то участков мозга нарушится.

Для того, чтобы обучение было максимально эффективным, между периодами практики стоит делать небольшие перерывы: в апреле этого года ученые выяснили, что точность и скорость выполнения заданий растет во время коротких пауз, а сопровождается это активностью лобно-теменных зон в тета-диапазоне.

Елизавета Ивтушок