Ритмы мозга и обучаемость

02.03.2015

Известно, что активность нейронов мозга складывается в волны или ритмы, которые можно увидеть на электроэнцефалограмме: альфа-ритм, бета-ритм, гамма-ритм и другие. Ритмы сменяют друг друга в зависимости от того, чем именно в данный момент занимается человек. Например, альфа-волны появляются во время отдыха, когда мы ничем не заняты, но и не спим; дельта-волны соответствуют глубокому сну без сновидений; если же внимание сконцентрировано на какой-то задаче, то это видно по быстрым тета- и гамма-ритмам. Более того, разные области мозга могут генерировать различные волны, потому что выполняют разные задачи. Наблюдая за динамикой ритмов, можно много сказать о том, как "департаменты" мозга общаются друг с другом и как распределяются обязанности при решении когнитивных задач, связанных с памятью, вниманием и т. д.

В статье, опубликованной в Nature Neuroscience, Эрл Миллер (Earl Miller) и Скотт Бринкэт (Scott Brincat) из Массачусетского технологического института описывают, какие изменения в волновой активности мозга сопровождают запоминание и обучение. Исследователей интересовала не память вообще, а та ее форма, которую называют эксплицитной: она отвечает, например, за связь между объектами, событиями и т. д. Мы связываем внешность человека с его именем, а некое событие с местом, где оно произошло, как раз благодаря эксплицитной памяти. Формируется она при активных сознательных усилиях со стороны индивидуума, и есть она не только у человека, но и у животных.

В эксперименте обезьянам показывали пары картинок, так что между некоторыми изображениями должны были установиться прочные связи. Обезьяны учились методом проб и ошибок: им снова и снова показывали картинки, а они должны были предположить, связаны они между собой или нет. Если животное правильно угадывало, что изображенные предметы связаны друг с другом, ему давали угощение. Одновременно исследователи регистрировали активность гиппокампа и префронтальной коры – двух зон мозга, играющих ключевую роль в обучении. Оказалось, что частота волн в них менялась в зависимости от того, правильный или неправильный ответ давала обезьяна. Если результат соответствовал ожиданию, то появлялся бета-ритм с частотой 9-16 Гц. Если же ответ был неправильный, то частота падала до 2-6 Гц, что соответствовало тета-ритму.

Запоминание связано с формированием новых нейронных контуров: синаптические соединения между нейронами поддерживают "ячейку памяти" в рабочем состоянии. Ранее было показано, что сила синапсов (то есть их прочность и эффективность) зависит от того, в каком ритме приходится работать нервным клеткам: если бета-частоты усиливают межклеточные контакты, то тета-частоты, наоборот, ослабляют. Вместе с новыми результатами можно представить такую модель: правильный ответ стимулирует в мозге бета-активность, которая, в свою очередь, укрепляет сформировавшиеся нейронные цепочки – ведь они все правильно запомнили. Если же нет, то тета-активность аннулирует неправильную память.

Это не первая работа, посвященная взаимосвязи волн мозга и памяти. Так, в прошлом году нобелевский лауреат Судзуми Тонегава опубликовал вместе с коллегами статью, в которой шла речь о похожих вещах – как мозг корректирует память, если видит неверный результат. Те эксперименты ставили на мышах, и в фокусе внимания были гиппокамп и энторинальная кора (еще один известный центр памяти). Тогда нейробиологи обнаружили, что сигналом к исправлению информации служат гамма-ритмы, синхронизирующие работу двух зон мозга.

Разумеется, процесс запоминания слишком сложен, чтобы его можно было свести просто к чередованию нескольких типов волн. По изменениям в электрических ритмах мы можем судить о поведении достаточно крупных ансамблей клеток и целых участков мозга в тот момент, когда индивидууму нужно запомнить какую-то новую информацию. Почему один тип ритмов сменяет другой, что за механизм связывает такой замену с правильной или неправильной памятью, исследователям еще предстоит выяснить. Хотя не исключено, что в будущем у нас появятся стимуляторы памяти, которые будут помогать мозгу переключаться на нужный ритм, когда нам потребуется что-нибудь запомнить.

<< Назад: Процессоры Freescale для прикладных электронных устройств 02.03.2015

>> Вперед: Модули DDR4 NVDIMM емкостью до 16 Гбайт 01.03.2015

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Алкоголь может привести к слобоумию 29.11.2025

Проблема влияния алкоголя на стареющий мозг давно вызывает интерес как у врачей, так и у исследователей когнитивного старения. В последние годы стало очевидно, что границы "безопасного" употребления спиртного размываются, и новое крупное исследование, проведенное международной группой ученых, вновь указывает на это. Работы Оксфордского университета, выполненные совместно с исследователями из Йельского и Кембриджского университетов, показывают: даже небольшие дозы алкоголя способны ускорять когнитивный спад. Команда проанализировала данные более чем 500 тысяч участников из британского биобанка и американской Программы миллионов ветеранов. Дополнительно был выполнен метаанализ сорока пяти исследований, в общей сложности включавших сведения о 2,4 миллиона человек. Такой масштаб позволил оценить не только прямую связь между употреблением спиртного и развитием деменции, но и влияние генетической предрасположенности. Один из наиболее тревожных результатов касается людей с повышенным ге ...>>

Искусственный мозговой матрикс 29.11.2025

Биоинженерия стремительно выходит за пределы традиционной работы с клетками и биоматериалами. Ученые пытаются не просто выращивать ткани, но и воссоздавать механизмы, управляющие жизнью клеток в реальном организме. Одним из наиболее амбициозных направлений стала разработка искусственных матриксов, которые могли бы подменить природную среду и дать исследователям возможность изучать работу мозга без участия биологических компонентов. На этом фоне работа специалистов Калифорнийского университета в Риверсайде представляет собой особенно заметный шаг вперед. В центре их исследования - платформа BIPORES, созданная полностью из синтетических веществ. Цель проекта заключалась в попытке смоделировать сложную, многослойную структуру внеклеточного матрикса, который в настоящем мозге обеспечивает питание, связь и организацию нервных клеток. При этом разработчики сознательно отказались от каких-либо белков, традиционно необходимых для прикрепления клеток, таких как ламинин или фибрин. Это решени ...>>

Ранняя Вселенная не была ледяной 28.11.2025

Понимание того, как формировались первые структуры во Вселенной, требует взгляда в эпохи, в которых не существовало ни звезд, ни галактик, ни привычных нам источников света. Научные группы по всему миру пытаются восстановить картину тех времен при помощи слабейших радиосигналов, оставшихся от водорода, который наполнял космос вскоре после Большого взрыва. Новые результаты, полученные на радиотелескопе Murchison Widefield Array в Австралии, неожиданным образом меняют представление об этих ранних этапах. Сразу после Большого взрыва, произошедшего около 13,8 миллиарда лет назад, пространство стремительно расширялось и остывало. Через несколько сотен тысяч лет образовался нейтральный водород, и началась так называемая эпоха тьмы, когда Вселенная была лишена источников излучения. Лишь значительно позже гравитация собрала газ в плотные области, где зародились первые звезды и ранние черные дыры, а их интенсивное излучение привело к реионизации водорода и окончательному появлению света. ...>>

Устройство идеальной очистки воздуха 28.11.2025

Качество воздуха в закрытых помещениях давно стало важнейшим фактором здоровья, особенно в городах, где люди проводят подавляющую часть времени внутри зданий. В последние годы исследователи уделяют все больше внимания именно тем технологиям, которые способны задерживать или разрушать вредоносные частицы до того, как они попадут в дыхательные пути человека. Одним из таких новаторских направлений стала разработка инженеров Университета Британской Колумбии в Оканагане, которые предложили принципиально иной подход к очистке воздуха в присутствии людей. По словам профессора Школы инженерии доктора Санни Ли, традиционные персонализированные вентиляционные системы действительно могут улучшать качество воздуха вокруг пользователя, однако их принцип работы имеет ряд ограничений. Человек вынужден находиться в строго определенной зоне, а одновременное использование одной системы несколькими людьми снижает эффективность. Кроме того, непрерывный поток сухого очищенного воздуха способен вызывать ...>>

Ощущение текстуры через экран гаджета 27.11.2025

Гаджеты научились передавать изображение и звук с впечатляющей реалистичностью, но тактильные ощущения по-прежнему остаются недоступными для полноценной цифровой симуляции. Именно поэтому инженеры и исследователи во всем мире стремятся создать технологии, которые позволят "почувствовать" виртуальный объект так же естественно, как и настоящий. Новая разработка специалистов Северо-Западного университета США стала одним из самых заметных шагов в этом направлении. Возглавлявшая исследование аспирантка Сильвия Тан (Sylvia Tan) подчеркивает, что прикосновение остается последним фундаментальным чувственным каналом, для которого пока нет зрелого цифрового аналога. По ее словам, если визуальные и звуковые интерфейсы давно обеспечивают высокую степень реалистичности, то осязание лишь начинает приближаться к этому уровню. В недавней публикации в журнале Science Advances Тан отмечает, что новая технология способна изменить само представление о взаимодействии человека с устройствами. Разработ ...>>

Случайная новость из Архива Новейшие микропроцессоры AM389x Sitara ARM 29.11.2010 Компания Texas Instruments (TI) объявила о расширении ассортимента лидирующих в отрасли микропроцессоров Sitara ARM новой моделью микропроцессора AM389x Sitara ARM, значительно повышающей производительность и интеграцию. Созданные на базе наиболее производительных в отрасли одноядерных ARM Cortex-A8 с производительностью до 1,5 ГГц, микропроцессоры AM389x Sitara ARM включают периферийные устройства, благодаря которым они идеально подходят для применения на одноплатных компьютерах, шлюзах, маршрутизаторах, серверах, для промышленной автоматизации, человеко-машинных интерфейсов (HMI) и терминалов обработки данных в пунктах обслуживания. Эти новые высокопроизводительные микропроцессоры AM389x Sitara ARM обеспечивают разработку более быстродействующих конечных продуктов, включающих возможности сетевого подключения, графические пользовательские интерфейсы, возможности отображения и одновременного запуска нескольких приложений в различных операционных системах, таких как Linux, Microsoft Windows Embedded Compact 7 и Android.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2025