Наш мозг генерирует постоянный гул активности: при срабатывании нейронов они производят мозговые волны, которые колеблются с разными частотами. Недавние исследования, которые долгое время считались побочным продуктом активности нейронов, показывают, что эти волны могут играть решающую роль в коммуникации между различными частями мозга.
Новое исследование нейробиологов Массачусетского технологического института дополняет эти доказательства. Исследователи обнаружили, что две области мозга, которые являются ключевыми для обучения – гиппокамп и префронтальная кора – используют две разные частоты мозговых волн для общения, поскольку мозг учится связывать несвязанные объекты. Когда мозг правильно связывает объекты, волны колеблются с более высокой частотой, называемой "бета," а когда предположение неверно, волны колеблются на более низком уровне "тета" частота.
"Это как если бы вы играли в компьютерную игру и слышите звон, когда все делаете правильно, и шум, когда вы ошибаетесь. Эти две области мозга играют две разные «ноты» для правильных и неправильных предположений," – говорит Эрл Миллер, профессор нейробиологии Пикауэра, член Института обучения и памяти Пикауэра Массачусетского технологического института и старший автор статьи, описывающей результаты, сделанные в феврале. 23 онлайн-издание журнала Nature Neuroscience.
Кроме того, эти колебания могут усиливать правильные предположения, подавляя неправильные предположения, помогая мозгу усваивать новую информацию, говорят исследователи.
Сигналы правильного и неправильного
Миллер и ведущий автор Скотт Бринкат, научный сотрудник Института Пикауэра, изучили деятельность мозга, поскольку она формирует тип памяти, называемый явной памятью – памятью на факты и события. Это включает в себя связи между такими элементами, как имена и лица, или между местом и событием, которое там произошло.
Во время обучающего задания животным показывали пары изображений, и они постепенно, методом проб и ошибок, узнавали, какие пары подходят друг другу. За каждый правильный ответ давалась награда.
Когда исследователи записали мозговые волны в гиппокампе и префронтальной коре во время выполнения этой задачи, они заметили, что волны возникали на разных частотах в зависимости от того, был дан правильный или неправильный ответ. Когда предположение было правильным, волны возникали на бета-частоте, примерно от 9 до 16 герц (циклов в секунду). В случае ошибки волны колебались в тета-частоте, примерно от 2 до 6 герц.
Предыдущие исследования Марка Медведя из Массачусетского технологического института, также члена Института Пикауэра, показали, что стимуляция нейронов в срезах мозга на бета-частотах усиливает связи между нейронами, а стимуляция нейронов на тета-частотах ослабляет связи.
Миллер считает, что во время этого учебного задания происходит то же самое.
"Когда животное угадывает правильно, мозг гудит при правильном ответе, и эта частота усиливает укрепление связей," он говорит. "Когда животное угадывает неправильно, гудит “ неправильный ” зуммер, и именно эта частота ослабляет связи, поэтому в основном оно говорит мозгу забыть о том, что оно только что сделало."
В исследовании также подчеркивается значение мозговых волн для когнитивной функции, что только недавно было обнаружено Миллером и другими.
"Мозговые волны в нейробиологии десятилетиями игнорировались. Это считалось гудением автомобильного двигателя," Миллер говорит. "В ходе этого и других экспериментов мы обнаруживаем, что эти мозговые волны могут быть инфраструктурой, поддерживающей нейронную коммуникацию."
Улучшение памяти
В настоящее время исследователи изучают, могут ли они ускорить обучение, применяя неинвазивную электрическую стимуляцию, которая колеблется с бета-частотами, когда дается правильный ответ, и с тета-частотами, когда дается неправильный ответ. "Идея состоит в том, что вы заставляете мозг воспринимать правильные предположения более правильными, а неправильные – более неверными," Миллер говорит.
Эта форма электростимуляции очень низкого напряжения уже одобрена для использования на людях.
"Это метод, который люди использовали на людях, поэтому, если он работает, он потенциально может иметь клиническое значение для улучшения памяти или лечения неврологических расстройств," Бринкат говорит.