Примитивная сенсорная область мозга также участвует в сложном обучении

В новом исследовании ученые обнаружили, что сенсорная область мозга также ответственна за сложный процесс обучения.

Неврологи из Института Цукермана при Колумбийском университете (The Zuckerman Institute at Columbia University) обнаружили, что простая область мозга, известная обработкой основной сенсорной информации, может также управлять сложными когнитивными функциями. 

Сложная структура нейронов

Нейроны имеют более сложную структуру; у них есть отростки, выступающие наружу их тела. Эти древовидные ветви, называемые дендритами, могут вытягиваться из одной клетки тысячами, связывая и отправляя электрические импульсы в дендриты из соседних нейронов. Организация и расположение дендритов особенно интересны в соматосенсорной коре головного мозга. Как и многоярусный торт, кора содержит 6 различных слоев. Каждый слой клеток выглядит иначе, чем другой.

Результаты научной работы

В новом исследовании с участием мышей продемонстрировано, что клетки соматосенсорной коры, области мозга, ответственной за прикосновение, также играют ключевую роль в сложном типе обучения, который позволяет мозгу связывать действие с приятным результатом, как, например, мы ассоциируем нашу работу в офисе с получением зарплаты, или получением отличной оценки при обучении, которое мы провели при подготовке к тесту. Результаты исследования опубликованы в научном журнале Cell Reports.

«Наш мозг мастерски налаживает взаимосвязи между, казалось бы, разрозненными частями информации, но вопрос о том, где эти ассоциации хранятся, остается нерешенным вопросом», — говорит Рэнди Бруно (RandyBruno), автор исследования. «Благодаря нынешним исследованиям мы не только стали свидетелями того, как эти взаимосвязи формируются в режиме реального времени на уровне отдельных клеток мозга, но и показали, что этот тип обучения происходит в области мозга, которая, как считается, не способна это сделать».

«Нейроны в соматосенсорной коре расположены глубоко в слоях между пятым и шестым, но их дендриты простираются до самого верхнего слоя», — сказал Бруно. «В результате получается сложная сеть дендритов, заполняющая верхний слой соматосенсорной коры, как полог леса».

Наблюдая за активностью этих дендритов, исследователи обучили мышей выполнять простую сенсорную задачу. Мыши использовали свои усы, чтобы они могли почувствовать маленький шест в темной комнате. Найдя шест, животные двигали рычагом, который выпускал воду в качестве награды.

«Поскольку эта задача включала в себя осязание животных, мы ожидали, что дендриты в соматосенсорной коре будут срабатывать, когда усы касаются шеста», — сказал Бруно. «Но во время второй части задания, когда животное получало награду в виде воды, те же самые дендриты активизировались второй раз — чего мы не ожидали».

Это наблюдение, которое связывало сенсорные дендриты непосредственно с вознаграждением за обучение, было загадочным. Обучение вознаграждением — это процесс, с помощью которого мозг связывает последовательность действий с позитивным ощущением и, таким образом, с большей вероятностью повторяет эти действия. Десятилетия исследований показали, что обучение поощрению зависит от различных областей мозга, но сенсорной коре уделяется мало внимания.Ранее считалось, что сенсорная кора просто передает основную информацию о внешнем раздражителе, таком как усы, касающиеся шеста. Эта информация отправляется в ассоциативную кору головного мозга, которая собирает и систематизирует информацию для дальнейшей обработки в лобной коре, одной из наиболее сложных областей головного мозга.

«Наши результаты показывают, что мозг начинает изучать сложные взаимосвязи намного раньше», — сказал Бруно.

Действительно, когда исследователи убрали шест, у животных, которые были обучены выполнению этой задачи, был еще один сюрприз. Соматосенсорные дендриты животных все еще срабатывали, когда им давали воду. Напротив, вода не влияла на нервную активность животных, которые никогда не сталкивались с той задачей, показывая, что взаимосвязь  была приобретенной.Что касается того, почему мозг эволюционировал, чтобы использовать, казалось бы, простые мозговые клетки для обучения, Бруно предполагает, что это может быть способ для мозга начать движение вперед.

«Простые взаимосвязи могут быть изучены быстрее и лучше, если основные сенсорные области будут выполнять часть работы с самого начала», — сказал Бруно. «Например, узнав, что знаки STOP красного цвета и имеют четкую форму, вы можете начать торможение задолго до того, как вы действительно прочитаете слова STOP — способность, которая имеет явные преимущества для выживания».

«Дофамин является основной движущей силой обучения в других областях мозга, но дофамин практически отсутствует в соматосенсорной коре», — говорит Бруно. «В игре должен быть другой сопоставимый нейромодулятор, и это то, что мы активно изучаем».

Авторы другого исследования утверждают, что электрическая активность мозга пользователей смартфонов усиливается, когда они использовали все три пальца.

Добавьте Medical Insider  
в избранные источники

 

Сделать «Medical Insider» основным источником новостей в Google


Рейтинг
( 1 оценка, среднее 4 из 5 )
Хусаинов Руслан Халилович / автор статьи
Должность - Координатор проекта. E-mail для связи - [email protected] Врач - ультразвуковой диагностики, детский травматолог-ортопед г. Санкт-Петербург.
Понравилась статья? Поделиться с друзьями: