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.