Нейрони Павлова: Відкрито мозкові клітини, які є ключем до навчання

Більше століття після того, як собака Івана Павлова була кондиціонована слиновиділенням, коли вона почула звук тону до прийому їжі, вчені виявили нейрони, критично важливі для того, як люди та тварини вчаться на досвіді.

павлова

Використовуючи нову техніку візуалізації, яка називається Arc catFISH, дослідники з Вашингтонського університету візуалізували окремі нейрони в мигдалинах мозку щурів, які активуються, коли тваринам дають асоціативне завдання навчання.

Асоціативне, або павловське, кондиціонування є основною формою навчання у всьому царстві тварин і є широко дослідженою моделлю вивчення пластичності або того, як можуть змінюватися ланцюги в мозку внаслідок досвіду, сказала Ілен Бернштейн, старший автор нового і професор психології УНТ.

Ці висновки з’являться в Інтернеті в ранньому виданні збірника матеріалів Національної академії наук, тиждень 8-12 грудня.

В експериментах дослідники безпосередньо спостерігали збіжні нейрони, де підозрюють, що відбувається навчання. Ці нейрони реагували як на умовний подразник, в даному випадку новий сахариновий розчин, так і на безумовний подразник у вигляді хлориду літію, від якого щури хворіли. За словами Бернштейна, конвергентна активація вважається ключовою подією для подальшої пластичності. Однак до цього часу було небагато прямих доказів цієї активації під час навчання в мозку ссавців.

Використовуючи нову техніку візуалізації, дослідники змогли візуалізувати конвергентну активацію, яка відбувалась протягом 30 хвилин. Для цього вони піддавали тварин умовному тренуванню відвернення смаку. Смакові відрази розвинулись у багатьох тварин, щоб допомогти їм уникнути токсичних речовин.

У дослідженні спраглим щурам дозволяли пити розчин сахарину протягом п’яти хвилин. Через 25 хвилин їм вводили хлорид літію, який викликав нудоту, а потім через п’ять хвилин їх вбивали. Зрізи мозку тварин досліджували під мікроскопом.

Методика візуалізації показала, що деякі нейрони активуються сахарином або умовним подразником, а інші активуються хлоридом літію або безумовним подразником. Крім того, невелика кількість нейронів активувалася обома подразниками.

"Ми вважаємо, що в рамках будь-якого навчального дослідження кількість нейронів, що активуються як умовними, так і безумовними подразниками, може бути дуже рідкою", - сказав Бернштейн. "У районі, який ми розглядали, лише близько 4 відсотків з приблизно 300 нейронів демонструють таку реакцію".

У подальшому експерименті дослідники змінили порядок дії подразників - спочатку зробили ін’єкцію, а пізніше сахарин. Зміна порядку стимулів - процедура, як відомо, неефективна у навчанні. За цих умов, і хоча тварини зазнавали ідентичних подразників, конвергентні нейрони не активувались.

Бернштейн та її колеги також запропонували модель, згідно з якою асоціативне навчання відбувається, коли за умовним стимулом слідує безумовний стимул, що запускає конвергентні нейрони. Для подальшого вивчення цієї моделі вони планують використовувати техніку візуалізації та боятися навчання.

Співавторами статті є Сабіха Барот, докторант УНТ; Ясухіро Кіоно, докторант Мічиганського університету та колишній студент УНТ; та Емілі Кларк, докторант з УНС. Національний інститут неврологічних розладів та інсульту та Фонд досліджень роялті при UW фінансували дослідження.