В основе этих улучшений лежат изменения в проводке мозга. Необходимо настроить миллионы связей между нейронами во многих областях мозга, а также между мозгом и мышцами. Эти изменения позже необходимо объединить, чтобы убедиться, что они не потеряны, когда одни и те же области мозга используются для изучения другого навыка.
Общий принцип лежит в основе сложных движений
Большой проблемой в понимании биологической основы такого обучения является особая природа различных навыков: «Считается, что очень похожие механизмы лежат в основе обучения игре на пианино или обучению речи, но задействованные мышцы и движения совершенно разные», говорит Зепп Коллморген, постдок Института нейроинформатики Цюрихского университета.
В новом исследовании Института нейроинформатики исследователи из Цюрихского университета и ETH Zurich проанализировали общие принципы, лежащие в основе обучения навыкам.
Коллморген и группа исследователей представили общую схему, позволяющую свести бесчисленное множество изменений, происходящих в сложном двигательном навыке, в простую «траекторию», которая позволяет им сказать, как и когда изменяется навык, без необходимости рассматривать все детали этого навыка. вовлеченные движения.
Зебровые зяблики повторяют песню тысячу раз в день
Исследователи использовали эту новую схему для изучения того, как молодые самцы зебровых зябликов постепенно учатся петь. В дикой природе они пытаются имитировать песню взрослого зебрового зяблика, а позже используют ее для ухаживания за самками.
Когда им около 40 дней, они начинают пытаться воспроизвести песню, репетируя тысячи раз в день в течение следующих трех месяцев.
«Мы думаем, что мозговые процессы, участвующие в этом обучении, могут быть аналогичны тем, которые работают у людей, когда они осваивают двигательные навыки», – говорит Ричард Ханлозер, профессор нейроинформатики в ETH Zurich. Одним из огромных преимуществ изучения этого процесса у птиц является то, что у исследователей есть гораздо более точные инструменты для наблюдения за тем, что происходит в мозгу в процессе обучения.
Хорошие песни постоянно улучшаются, плохие – меньше
Траектории обучения, обнаруженные исследовательской группой у зебровых вьюрков, преподнесли несколько сюрпризов: во-первых, они показали, что процесс обучения многослойен в том смысле, что хорошие и плохие песни меняются по-разному. В любой день большинство песен звучат похожи друг на друга, но иногда птице удается сочинить песню, которая особенно хороша или звучит очень плохо. Ученые обнаружили, что самые лучшие песни улучшаются медленно, но неуклонно в течение дня и не меняются в одночасье. На следующее утро лучшие песни звучат как лучшие песни предыдущего вечера.
С другой стороны, очень плохие песни быстро улучшаются в течение дня, но затем за ночь птица забывает большую часть того, что она выучила. На следующее утро очень плохие песни звучат почти так же плохо, как и предыдущим утром.
С другой стороны, траектории обучения показали, что из многих изменений, происходящих в течение дня, большинство сбрасывается в мгновение ока, предположительно потому, что они не связаны с тем, что птица пытается петь. "Одно из объяснений этого состоит в том, что птицы невероятно эффективны. Сон позволяет им прекрасно вспомнить все хорошее, чему они научились в течение дня, и забыть обо всем, что не является важным », – объясняет Валерио Мант, профессор Цюрихского университета и последний автор исследования.
Лечебный потенциал для человека
Лучшее понимание поведения закладывает основу для понимания того, что происходит в мозгу во время обучения. Это знание имеет большой терапевтический потенциал.
Если бы мы могли понять, почему так трудно вспомнить улучшения в плохих частях поведения, можно было бы разработать более эффективные графики тренировок в реабилитации взрослых, восстанавливающихся после инсульта или несчастного случая. В конечном итоге, возможно, даже удастся улучшить и стимулировать обучение и консолидацию, непосредственно вмешиваясь в определенные области мозга, заключают исследователи.