Исследователи из Университета штата Аризона (Arizona State University) и Стэнфордского университета (Stanford University) проанализировали закономерности мозговой активности у людей и обнаружили неизвестную ранее роль гиппокампа, важной для памяти области мозга, в формировании взаимосвязей во время обучения. Данное исследование опубликовано в Nature Communications.
Актуальность проблемы
Заядлые туристы знают, что нужно быть осторожными с растениями, листья которых состоят из трех листьев, если они красные, еще и весной.
Как туристы узнают, как связать цвет листа с сезоном, чтобы определить, является ли он ядовитым плющом? Подобно тому, как собаки Павлова выделяют слюну, когда звонит колокольчик, люди учатся распознавать ядовитые растения или предотвращают слезы у малыша, формируя взаимосвязи между деталями их окружения и тем, что происходит.
Когда люди учатся, они выстраивают взаимосвязи между особенностями – такими как время суток и настроение малыша – чтобы предсказать результат, например, закончится ли это слезами.
«Эти взаимосвязи оказывают большое влияние на поведение. Но в реальном мире объекты или события определяются более чем одной функцией или комбинацией функций, и мы хотели понять, как мозг строит эти связи на схожих конфигурациях функций», – говорит автор статьи Ян Баллард (Ian Ballard).
Чтобы понять, как мозг может справиться с проблемой создания взаимосвязей на основе такой сложной, реальной информации, исследовательская группа сосредоточилась на небольшой структуре мозга, которая выглядит как раковина улитки.
Гиппокамп составляет примерно одну треть размера раковины улитки, и эта небольшая структура мозга имеет решающее значение для формирования памяти. Без гиппокампа люди не смогут сформировать новые воспоминания о фактах или событиях, например, вспомнить, какой сегодня день или имена коллег. Во время формирования памяти гиппокамп представляет отдельные детали события, например, где вы припарковали свой автомобиль, чтобы они как можно больше отличались друг от друга.
«Одной из проблем с памятью является то, что трудно различить подобные события. Поэтому, если вы используете одно и тоже парковочное место на работе каждый день, вы должны помнить, на какой этаж и место идти в конце дня. Проблема в том, что легко запутаться, когда вы припарковались в разные дни. Гиппокамп важен для запоминания комбинации того, где и когда», – говорит Самуэль МакКлюр (Samuel McClure).
То, как гиппокамп формирует воспоминания, обеспечивает механизм того, как сложные комбинации функций могут быть представлены в мозге, но вопрос о том, действительно ли небольшая спиральная структура способствовала тому, как люди узнают о мире, оставалось открытым.
Материалы и методы научного исследования
Чтобы определить, как гиппокамп может способствовать тому, как люди образуют ассоциации в реальном мире, исследователи разработали учебную задачу, которая требовала от участников использовать комбинации функций, чтобы предсказать, произойдет ли результат. На экране последовательно появлялись серии изображений стимулов, таких как одно лицо или лицо в паре со зданием. Затем участники должны были предсказать, появится ли целевое изображение после изображений стимула. Цель этой задачи состояла в том, чтобы как можно быстрее отреагировать на любое обнаруженное изображение цели.
Когда участники работали над заданием, исследовательская группа использовала функциональную магнитно-резонансную томографию (МРТ) для изучения мозговой активности гиппокампа и других структур мозга, которые, как известно, участвуют в обучении. Затем команда проверила закономерности активности во время выполнения задания и заметила кое-что интересное об активности в гиппокампе. Это была единственная структура мозга, которая представляла связанные между собой изображения стимулов, что важно, потому что для успеха задачи требовалось сформировать ассоциации о комбинациях, чтобы точно реагировать на целевые изображения.
Результаты научного исследования
Когда исследовательская группа посмотрела на то, как паттерны активности в гиппокампе связаны с другими областями мозга, ученые обнаружили, что активность гиппокампа тесно связана с активностью в стриатуме. Расположенный под корой, стриатум состоит из трех отдельных структур мозга и играет важную роль в изучении того, что предсказывает желаемые результаты.
До недавнего времени считалось, что мозг имеет отдельные системы обучения, но полученные данные свидетельствуют о том, что система памяти гиппокампа и система обучения с усилением полосатого тела взаимосвязаны.
Выводы
«Очень важно думать о мозге как о взаимосвязанной структуре с различными частями, которые работают вместе, чтобы произвести наши впечатляющие умственные способности. Нейробиология и психология хорошо поработали над пониманием того, как работают отдельные области. Очень интересно начать пытаться выяснить, как они начинают работать вместе», – говорит МакКлюр.
Авторы другого исследования установили, что изменения в нейронах гиппокампа лежат в основе болезни Паркинсона и деменции.
