11 октября 2023
Ученые Университета «Сириус» впервые показали базовые механизмы обучения
Обучение тесно связано со множеством процессов в организме. И знание об этих связях открывает широкие перспективы для образования. Многие педагоги учитывают современные открытия и стараются строить свои методики на основе данных о том, как работает наше мышление. Ученые из Университета «Сириус» впервые показали базовые механизмы обучения, ранее описанные на отдельных нейронах, теперь на уровне системной организации целого мозга. Наука многое знает о том, как отдельный нейрон передает сигналы, создает новые связи и в конце концов «записывает» данные, формируя основы памяти. Однако о системных изменениях в процессе обработки информации до сих пор известно немного. Исследователи Университета «Сириус» заполняют белые пятна фундаментальной когнитивистики, получая абсолютно новые сведения о работе человеческого мозга. Результаты этой научной работы опубликованы в авторитетном международном научном журнале PLOS One.
Наш мозг обучается постоянно, даже когда мы этого не замечаем. Например, когда младенец слышит родную речь и через какое-то время начинает различать ее в потоке других звуков. Как же это происходит и что мы можем сделать для того, чтобы все обучение было бы таким легким и непринужденным? Исследователи из «Сириуса» попытались ответить на этот вопрос.
Изменения в активности мозга при выполнении разных действий и решении задач часто изучают во время экспериментов с людьми и животными. Как правило, в исследованиях с участием человека считывают показатели работы его мозга с помощью неинвазивных методов — электроэнцефалографии или магнитно-резонансной томографии. Ученые «Сириуса» впервые описали базовые механизмы обучения на уровне системной организации мозга. Ранее этот процесс подробно представляли на уровне отдельных нейронов: изучались механизмы латерального торможения (состояния, когда возбуждение одного нейрона вызывает замедление другого) и долговременной потенциации (когда укрепляются связи между нейронами, что меняет способ их взаимодействия друг с другом при обработке информации). Такие изменения в связях мозга — один из основных способов, с помощью которых наш мозг усваивает и хранит новую информацию.
Исследователи «Сириуса» применяли быструю сенсорную стимуляцию с частотой около 13 Гц и длительностью две минуты, иначе говоря — подавали в наушники звуки в быстром темпе. Такая стимуляция вызывала эффекты, схожие с долговременной потенциацией, когда активность синапсов усиливают повторяющиеся действия. А на уровне работы мозга способствовала лучшему различению предъявляемого звука. Похожий процесс запускается, когда человек пытается что-то выучить.
«Наша работа показала, что мозг человека очень гибкий и постоянно подстраивает свою активность под изменяющиеся условия. К примеру, достаточно двух минут прослушивания звуков в быстром темпе, чтобы нейронные сети, отвечающие за обработку как этого звука, так и близких к нему по тону, изменились. Эта перестройка в мозге способствует выделению значимых для нас звуков из общего потока», — говорит научный руководитель направления «Нейробиология устной и письменной речи при расстройствах развития» Научного центра когнитивных исследований Университета «Сириус» Ольга Сысоева.
Многочисленные исследования с участием как людей, так и животных показали, что подобный характер активности мозга можно использовать в качестве маркера нейрофизиологических изменений. Полученные в «Сириусе» данные позволяют описать этот процесс системно — на уровне взаимосвязанных мозговых процессов, а не отдельных нейронов, как было раньше.
Материал подготовлен и опубликован в издании Сириус. Журнал