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:

Новый взляд на магнитное поле Земли 31.10.2025

Магнитное поле Земли долгое время считалось относительно стабильной структурой с предсказуемой полярностью. Однако последние исследования японских ученых показывают, что электрическая организация магнитосферы гораздо сложнее и динамичнее, чем предполагалось ранее. Команда исследователей из Киотского, Нагояского и Кюсюского университетов обнаружила, что заряженные области магнитосферы обладают противоположной полярностью по сравнению с традиционными представлениями. Так, утренняя сторона магнитного щита имеет отрицательный заряд, тогда как вечерняя - положительный, вопреки прежним теориям. Юсуке Эбихара из Киотского университета отмечает, что "электрическая сила и распределение зарядов являются следствием, а не причиной движения плазмы". Исследователи пришли к этим выводам с помощью масштабного магнитогидродинамического моделирования, имитирующего взаимодействие солнечного ветра с геомагнитным полем Земли. Моделирование позволило в деталях проследить, как потоки плазмы формируют э ...>>

Влияние белка PF4 на старение крови 31.10.2025

С возрастом наш организм претерпевает множество изменений, в том числе на уровне крови и иммунной системы. Недавние исследования показали, что ключевым фактором этих изменений может быть белок PF4, или platelet factor 4, который играет важную роль в регуляции стволовых клеток костного мозга. Американские ученые из Университета Иллинойса в Чикаго обнаружили, что с возрастом уровень PF4 значительно снижается. Это ослабление контроля над кроветворными стволовыми клетками приводит к нарушению их работы и повышает вероятность развития воспалительных процессов, онкологических заболеваний крови и сердечно-сосудистых проблем. В молодом организме PF4 выполняет функцию "регулятора роста": он контролирует распределение и деление кроветворных стволовых клеток, не позволяя им чрезмерно размножаться. С возрастом эта система контроля ослабевает, клетки начинают делиться чаще, накапливают генетические мутации и постепенно теряют способность создавать полноценные лимфоциты, что ослабляет иммуните ...>>

Музыка юности остается с нами навсегда 30.10.2025

Музыка сопровождает человека всю жизнь, но некоторые мелодии и песни оставляют особенно глубокий след в памяти. Ученые давно замечали, что композиции из подросткового возраста вызывают сильные эмоции даже спустя десятилетия, и недавно международная команда исследователей под руководством Университета Ювяскюля (Финляндия) подтвердила этот эффект научно. В исследовании приняли участие около 2000 человек из 84 стран. Ученые выявили явление, которое они назвали "пиком воспоминаний": эмоциональная привязка к музыке достигает максимума примерно в 17 лет. Именно песни этого периода чаще всего остаются значимыми и вызывают яркие эмоции долгие годы спустя. Интересно, что у мужчин и женщин наблюдаются разные временные рамки этого пика. У мужчин он приходится примерно на 16 лет, тогда как у женщин - на 19. Исследователи объясняют это различие особенностями формирования музыкальной идентичности: юноши чаще ищут самостоятельность и бунт, а девушки связывают музыку с личными отношениями и пере ...>>

Сплав Cr-Mo-Si с уникальными свойствами 30.10.2025

Разработка материалов, способных работать в экстремальных условиях, остается одной из ключевых задач современной инженерии. Особенно это важно для авиации и энергетики, где повышение термостойкости компонентов напрямую влияет на эффективность и надежность оборудования. Международная группа исследователей объявила о создании нового металлического сплава, обладающего уникальным сочетанием свойств: высокой термостойкостью, устойчивостью к коррозии и сохранением пластичности даже при комнатной температуре. Новый сплав содержит хром, молибден и всего 3 атомных процента кремния. Именно кремний способствует формированию плотного слоя оксида хрома на поверхности металла, который действует как невидимый барьер против кислорода и азота при высоких температурах. В отличие от предыдущих сплавов, этот защитный слой формируется без хрупких силицидов, которые обычно снижали пластичность и делали материалы склонными к трещинам. По словам профессора Мартина Гайльмайера из Института технологий Кар ...>>

Открыт лед, замерзающий при комнатной температуре 29.10.2025

Изучение воды продолжает приносить удивительные открытия: несмотря на то, что эта жидкость кажется хорошо известной, она способна проявлять необычные свойства в экстремальных условиях. Международная команда ученых недавно обнаружила новый вид льда, который формируется при комнатной температуре, если вода подвергается сильному давлению. Это открытие не только расширяет наши знания о воде, но и помогает лучше понять процессы в недрах планет и их спутников. Исследователи из Корейского института стандартов и науки совместно с европейскими коллегами, работающими на рентгеновском лазере на свободных электронах (XFEL) в Германии, провели серию экспериментов с водой в динамической ячейке с алмазными наковальнями. Давление изменялось от 0,001 гигапаскаля до 120 гигапаскалей в секунду - в миллионы раз выше атмосферного, при этом температура поддерживалась около 25 °C, близкой к комнатной. В течение сотен циклов ученые наблюдали, как вода многократно замерзает и тает, фиксируя каждый этап с ис ...>>

Случайная новость из Архива Инновационный элемент питания прослужит десятки лет 12.05.2014 Ученые из Национальной лаборатории Оук-Ридж (ORNL) при Министерстве энергетики США смогли увеличить на 26% емкость элемента питания, состоящего из трех основных элементов - анода, катода и электролита. При использовании в электроприборах с низким энергопотреблением такой элемент питания может служить 30-50 лет. Созданный элемент питания относится к типу "литий-монофторид углерод" (Lithium Carbon Monofluoride, Li/CFx). Такие батарейки часто применяются в военной и авиакосмической промышленности, кардиостимуляторах и различной электронике. Команда исследователей во главе с Ченду Ляном (Chengdu Liang) полагает, что новое изобретение позволит в значительной мере продлить время автономной работы разных датчиков, отличающихся невысоким энергопотреблением. Ученые утверждают, что такие устройства смогут автономно работать десятки лет. На практике это означает, что можно будет имплантировать, к примеру, кардиостимулятор на 30-50 лет. На сегодняшний день такие устройства служат по 10 лет, после чего пациенту приходится делать очередную операцию с целью замены кардиостимулятора с севшей батареей. Идея разработки - в использовании принципа двойного назначения электролита. Долгие годы считали, что роль электролита в батарее только одна - перенос ионов от электрода к электроду. Однако исследователи из ORNL смогли доказать, что у электролита может быть еще одна функция - работа в паре с катодом с целью обеспечения улучшенных свойств элемента питания. По мнению Ченду Ляна, благодаря появлению электролита с двойным назначением сегодня открывается возможность конструирования элементов питания с недоступной ранее электрической плотностью. Ученые использовали в качестве среды для переноса ионов твердый электролит из тиофосфата лития. "По мере разряда разработанной нами батареи вырабатывается соль фторида лития. Благодаря ей повышается электрохимическая активность электролита. Электролит, соединенный с катодом превращается из неактивного емкостного элемента батареи в активный", - объясняет Ченду Лян.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2025