Kā smadzenes vada mācīšanās procesu?

Slavenais pacients Henrijs Molaisons (pazīstams kā “H.M. gadījums”) pēc ķirurģiska mēģinājuma izārstēt epilepsiju guva bojājumus hipokampā. Rezultātā viņam tika diagnosticēta anterogradēta amnēzija, un tas nozīmēja, ka lietas, ko viņš uzzināja, nekad “netika garām” viņa īslaicīgajai atmiņai. Lai gan atmiņas par bērnību palika neskartas, H.M. vairs nespēja uzņemt jaunas zināšanas. Kad viņš satikās ar savu ārstu, ik pēc piecām minūtēm viņš vaicāja: “Kas jūs esat?”

H.M. gadījums palīdzēja zinātniekiem saprast, kāda ir hipokampa loma mācīšanās procesā, bet paliek noslēpumā tīts, kā signāli no tā dalās ar miljardiem neironu visā smadzeņu garozā, turklāt šis process notiek tik koordinēti, ka pateicoties tam, mēs mācāmies. Žurnālā Science publicētajā pētījumā Otavas Universitātes un Berlīnes Humbolta universitātes pētnieku sadarbības rezultātā šī mācību procesa vadīšanā izšķiroša loma atklāta smadzeņu apgabalam, ko dēvē par perinālo garozu.

Pētījumā piedalījās peles un žurkas, kas apguva diezgan dīvainu prasmi. Tika stimulēts viens vienīgs neirons smadzeņu garozas daļā, kas atbild par maņām, un grauzējam bija jāizrāda, ka tas ir jutis vibrāciju, laizot dozatoru, lai saņemtu saldinātu ūdeni. Neviens nevar skaidri pateikt, ko šādā smadzeņu stimulācijā izjūt pats dzīvnieks – komandas minējums bija, ka tā atdarina sajūtu, ka kaut kas aizskar peles ūsas.

Vērojot, kā smadzenes reaģē uz šo mācīšanās pieredzi, komanda novēroja, ka perinālā garoza kalpo kā stacija starp tuvāko hipokampa daļu, kas apstrādā informāciju par telpu un kontekstu, un garozas ārējo slāni.

“Perinālā garoza ir pašā garozas informācijas apstrādes hierarhijas virsotnē. Tā apstrādā informāciju no vairākām maņām un pēc tam nosūta to atpakaļ uz pārējo garozas daļu”, saka doktors Ričards Nods (Richard Naud), profesora asistents šūnu un molekulārās Medicīnas fakultātē, kā arī Intelekta pētniecības institūtā. „Mēs gūstam apstiprinājumu, ka tai ir ļoti svarīga loma mācību koordinēšanā. Bez šīm atgriezeniskajām saitēm, kas nāk atpakaļ no konceptuālās zonas, dzīvnieki vairs nav spējīgi mācīties.” Izrādās, šis solis – informācijas nosūtīšana atpakaļ – ir procesa galvenā sastāvdaļa, bez kuras mācīties nav iespējams.

“Kad tika pilnībā pārrauts savienojums no perinālās garozas pirmā slāņa neironiem, dzīvnieki sāka uzvesties ļoti līdzīgi, kā pacients H.M. Viņi iemācījās darbību, lai tūliņ to atkal aizmirstu, mācītos un aizmirstu, mācītos un aizmirstu”, saka Dr. Nods.

Neirozinātnieks bija atbildīgs par statistiskajām analīzēm, kā arī modeļu radīšanu, kas kartē smadzeņu informācijas apstrādi. Īpaša interese viņam bija par apstiprinājumu hipotēzei, ko viņš jau sen bija nojautis: ka straujiem aktivitātes uzplaiksnījumiem pat no viena neirona var būt īpaša nozīme. Kad dzīvnieki bija darbību mācījušies, šie ātrie neirona aktivizēšanās uzplaiksnījumi it kā “iededza” šūnas, kas saglabā informāciju atmiņā.

Komanda spēja arī mākslīgi radīt uzplaiksnījuma efektu.

Uzliesmojumi ir saistīti ar mācīšanos un cēloņsakarību starp mācīšanos un uztveri. Tas nozīmē, ka jums ir lielāka iespēja kaut ko apzināti uztvert, ja tas rada īsu pārrāvumu starp neirālo saziņu jebšu signālu, ko viens neirons nodod nākamajam, un pēc tā tūliņ atkal nonāk aktīvā “saķeres” stāvoklī.

Nākamais uzdevums ir precīzi noskaidrot, kāds šis signāls izskatās no perinālās garozas līdz zemāka līmeņa smadzeņu apgabaliem. Doktors Nods ir jau ir jauna modeļa izstrādes procesā, kas saista mūsu esošās zināšanas par fizioloģiju ar to, kas atklāts šajā eksperimentā.

Pēc RigaBrain seansiem klienti ziņo mācīšanās spēju uzlabošanos!

Avots: Guy Doron, Jiyun N. Shin, Naoya Takahashi, Moritz Drüke, Christina Bocklisch, Salina Skenderi. Perirhinal input to neocortical layer 1 controls learning. Science, 2020