Учёные из Калифорнийского университета в Сан-Диего провели исследование, которое позволило выяснить, каким образом мозг усваивает новую информацию, включая рабочие задания, тексты песен и маршруты. Исследователи установили, что различные участки мозга применяют собственные уникальные наборы правил для формирования новых знаний.
Наш мозг способен адаптироваться к новым данным благодаря изменениям в синапсах — соединениях между нервными клетками, количество которых исчисляется триллионами. Такие модификации известны как синаптическая пластичность. Благодаря ей одни связи становятся сильнее, другие слабее, закрепляя полученные сведения.
До настоящего момента оставалось неизвестным, какой механизм определяет выбор конкретных синапсов для изменений, эта проблема получила название «проблемы распределения заслуг», аналогично ситуации, когда каждая рабочая единица действует автономно, не понимая конечную цель всей системы.
Для изучения процесса исследователи применили методику двухфотонной микроскопии, позволяющую отслеживать состояние синапсов у мышей в процессе освоения нового поведения. Оказалось, что в разных областях мозга используются неодинаковые стратегии синаптического усиления, причём один нейрон способен следовать сразу нескольким таким алгоритмам.
По словам Уильяма Райта, первого автора исследования, прежнее мнение о гомогенности механизмов синаптической пластичности оказалось неверным. Полученные результаты значительно углубляют наши представления о процессах обучения.
Такаки Комияма, руководитель проекта, подчеркнул, что сделанные открытия меняют взгляд на решение проблемы распределённого вознаграждения, поскольку демонстрируют способность нейрона проводить независимые расчёты в нескольких внутриклеточных отделах одновременно.
Эти выводы открывают перспективы для лучшего понимания заболеваний нервной системы, таких как аутизм, болезнь Альцгеймера, посттравматические расстройства и наркомания. Разработка искусственных нейронных сетей также может выиграть от использования множества правил обработки информации, подобно человеческому мозгу.
Таким образом, данное исследование ставит точку в многолетних спорах относительно процессов усвоения знаний, демонстрируя удивительную сложность устройства человеческого разума и предоставляя основу для будущих исследований и инноваций.