Навыки обучения мышей помогают исследователям определять области мозга, в которых хранятся приобретенные знания
Вы когда-нибудь пытались отличить картину Рембрандта от картины Вермеера?? Это, безусловно, может показаться игрой в догадки: различия неуловимы для неподготовленного глаза.
Однако энтузиаст искусства не имеет проблем с классификацией, хотя есть несколько подсказок, которые можно было бы применить в целом. Как это возможно?
Семантическая память – хранилище экспертных знаний
Один ключ к успеху – практика.
Искусствоведы изо дня в день рассматривают сотни картин. Они постепенно развивают чувство черт, играющих роль в различении.
Это чувство есть не что иное, как приобретенные знания, которые хранятся в их семантической памяти. Этот тип памяти содержит всю абстрактную информацию, которая не связана с конкретным опытом: например, общий факт, что Вермейер – голландский художник, – в отличие от точной памяти о том, где они впервые увидели картину Вермеера.
Однако на сегодняшний день мы мало знаем о том, как семантическая память хранится в мозгу. Питер Гольтштейн, нейробиолог, работающий с Марком Хубенером в отделе Тобиаса Бонхёффера, объясняет: «Чтобы изучить, как такая информация хранится, нам сначала нужно знать, где ее найти в мозгу. Мы пришли к идее дать мышам задачу, аналогичную задачам искусствоведов, и проверить, могут ли животные также приобретать такие сложные знания.»
Мыши становятся экспертами в классификации
Вместе с Сандрой Райнерт Питер Гольтштейн показал мышам разные изображения полосатых узоров, которые они должны были разделить на две категории. Для этого животные должны были взвесить разные аспекты полос и указать их ширину и ориентацию.
Удивительно, но после начальной фазы обучения у мышей не было проблем с сортировкой шаблонов по правильной категории. Они стали экспертами и могли легко применять свои недавно изученные знания категорий к шаблонам, которые они еще не видели во время обучения, – экстраполируя характеристики категорий, которые они сохранили как семантическую информацию.
Зрительная кора помогает классифицировать
Но информация о категории уже хранится в зрительной коре, куда поступают и представляются зрительные стимулы?? Или он обнаруживается только после многих начальных этапов обработки в какой-то более высокой области мозга?
Ученые использовали небольшой трюк, чтобы ответить на этот вопрос: поскольку нейроны в зрительной коре головного мозга реагируют на зрительные стимулы в определенном месте, они первоначально обучили мышей, используя полосы, показанные только в части их поля зрения.
Таким образом, у этих животных обучалась только определенная группа нейронов. Когда исследователи затем переместили паттерны в другое место, и, следовательно, стимулы обрабатывались разными нейронами, мыши больше не могли классифицировать. Деактивация зрительной коры головного мозга привела к аналогичному результату.
В совокупности эти результаты показали, что нейроны зрительной коры участвуют в задаче категориального обучения.
Сигнатуры семантических воспоминаний уже обнаружены в зрительной коре
Параллельно с категориальным обучением ученые смогли многократно измерить активность многих нейронов и выявить изменения в процессе обучения.
Интересно, что к концу процесса обучения некоторые области зрительной коры стали лучше различать категории. Марк Хубенер, старший автор исследования, объясняет: «Нейроны в этих регионах получают два типа входных данных. Они реагируют на определенный визуальный стимул, а также получают информацию, когда мышь сортирует изображение по правильной категории. Это позволяет нейронам определять важные визуальные стимулы, относящиеся к категориям, и усиливать их реакцию на них.»
Таким образом, нейроны зрительной коры могут адаптировать свою реакцию во время обучения. Но не только это: анализируя данные, особенно выделялась область зрительной коры, называемая POR. Там исследователи обнаружили признаки сохраненной абстрактной информации о категории.
Таким образом, исследование отслеживает, что абстрактное обучение уже начинается на первых уровнях визуальной обработки.
