ЯК НАВЧАЄТЬСЯ МОЗОК ЛЮДИНИ? - НЕЙРОПСИХОЛОГІЯ - 2024

Наш мозок вчиться на досвіді: зіткнення з навколишнім середовищем змінює нашу поведінку через модифікацію нашої нервової системи (Carlson, 2010). Незважаючи на те, що ми ще далекі від того, щоб точно та на всіх рівнях знати кожен з нейрохімічних та фізичних механізмів, які беруть участь у цьому процесі, різні експериментальні докази накопичили досить широкі знання про механізми, що беруть участь у процесі навчання.

Мозок змінюється протягом нашого життя. Нейрони, які її складають, можуть бути модифіковані як наслідок різних причин: розвитку, страждання від певного типу травм мозку, впливу стимуляції навколишнього середовища і, в основному, наслідком навчання (BNA, 2003).

Основні характеристики навчання мозку

Навчання - важливий процес, який разом із пам’яттю є головним засобом, який живі істоти мають пристосовуватися до періодичних модифікацій нашого середовища.

Термін навчання ми використовуємо для позначення того факту, що досвід призводить до змін у нашій нервовій системі (НС), які можуть бути довготривалими і включати модифікацію на поведінковому рівні (Morgado, 2005).

Самі переживання змінюють спосіб, яким наше тіло сприймає, діє, мислить чи планує, модифікуючи НС, змінюючи схеми, які беруть участь у цих процесах (Карлсон, 2010).

Таким чином, у той час, коли наш організм взаємодіє з навколишнім середовищем, синаптичні зв’язки нашого мозку зазнають змін, можуть бути встановлені нові зв’язки, ті, що корисні в нашому поведінковому репертуарі, або інші, які не корисні чи ефективні, зникають (BNA, 2003).

Тому, якщо навчання пов'язане із тими змінами, які відбуваються в нашій нервовій системі в результаті нашого досвіду, коли ці зміни консолідуються, ми можемо говорити про спогади. (Карлсон, 2010). Пам'ять - це явище, що випливає з тих змін, які відбуваються в НС та дає відчуття наступності в нашому житті (Моргадо, 2005).

Через різноманітні форми систем навчання та пам’яті в даний час вважається, що процес навчання та формування нових спогадів залежить від синаптичної пластичності, явища, завдяки якому нейрони змінюють свою здатність спілкуватися один з одним (BNA, 2003 ).

Види навчання мозку

Перш ніж описати мозкові механізми, що беруть участь у процесі навчання, необхідно буде охарактеризувати різні форми навчання, в межах яких ми можемо диференціювати принаймні два основні типи навчання: неасоціативне навчання та асоціативне навчання.

-Несоціативне навчання

Неасоціативне навчання означає зміну функціональної відповіді, що виникає у відповідь на подання єдиного стимулу. Несоціативне навчання в свою чергу може бути двох типів: звикання або сенсибілізація (Bear et al., 2008).

Привичка

Повторне подання подразника призводить до зниження інтенсивності реакції на нього (Bear et al., 2008).

Приклад: якщо ви жили в будинку з одним телефоном. Коли він задзвонив, він біжить відповісти на дзвінок, проте кожен раз, коли він робить, дзвінок передається комусь іншому. Оскільки ця подія відбувається неодноразово, вони перестануть реагувати на телефон і навіть можуть перестати чути його (Bear et al., 2008).

Сенсибілізація

Подання нового або інтенсивного подразника викликає реакцію підвищеної величини на всі наступні подразники.

Приклад: Припустимо, ви вночі гуляєте тротуаром на добре освітленій вулиці, і раптом виникає затемнення. Будь-який новий або дивний стимул, який з’явиться, наприклад, чути кроки або бачити фари наближається до машини, засмутить його. Чутливий стимул (затемнення) призвів до сенсибілізації, що посилює їх реакцію на всі наступні подразники (Bear et al., 2008).

-Асоціативне навчання

Цей тип навчання заснований на встановленні асоціацій між різними стимулами чи подіями. У межах асоціативного навчання ми можемо виділити два підтипи: класичне кондиціонування та інструментальне кондиціонування (Bear et al., 2008).

Класичне кондиціонування

У цьому типі навчання існуватиме асоціація між стимулом, який викликає реакцію (безумовну відповідь або безумовну відповідь, RNC / RI), безумовним або безумовним стимулом (ENC / EI) та іншим стимулом, який зазвичай не провокує відповідь, умовного подразника (ЦС), і це потребує навчання.

Парна презентація КС та США передбачає подання вивченої відповіді (умовна відповідь, КР) на підготовлений стимул. Кондиціонування відбудеться лише в тому випадку, якщо подразники подаються одночасно або якщо КС передує ЕНК за дуже короткий проміжок часу (Bear et al., 2008).

Приклад: стимул ENC / EC у випадку собак може бути шматочком м’яса. Переглянувши м'ясо, собаки будуть виділяти слиновиділення (RNC / RI). Однак, якщо собаку подають як стимул під звук дзвоника, вона не представлятиме особливої ​​реакції. Якщо ми подаємо обидва подразника одночасно або спочатку звук дзвоника (СЕ), а потім м’яса, після повторних тренувань. Звук зможе спровокувати реакцію слиновиділення, без м'яса. Існувала асоціація між їжею та м'ясом. Звук (ЕК) здатний спровокувати умовну реакцію (СР), слиновиділення.

Інструментальне кондиціонування

У цьому типі навчання ви вчитеся пов'язувати реакцію (руховий акт) зі значним стимулом (винагородою). Для того, щоб відбутися інструментальне обумовлення, необхідно, щоб стимул чи винагорода відбувалися після реакції індивіда.

Крім того, важливим фактором буде також мотивація. З іншого боку, інструментальний тип кондиціонування також матиме місце, якщо замість винагороди особа отримає зникнення стимулу противної валентності (Bear et al., 2008).

Приклад: якщо ми введемо голодного щура в коробку з важелем, який забезпечить їжу, то при дослідженні коробки щур натисне на важіль (руховий акт) і зауважить, що з’являється їжа (винагорода). Після того, як ви це зробите ще раз, щур асоціює натискання важеля з отриманням їжі. Тому ти будеш натискати на важіль, поки не задовольнишся (Bear et al., 2008).

Нейрохімія навчання мозку

Розширення можливостей та депресії

Як ми вже згадували раніше, вважається, що навчання та пам'ять залежать від процесів синаптичної пластичності.

Таким чином, різні дослідження показали, що процеси навчання (серед яких описані вище) та пам’яті породжують зміни в синаптичній зв’язці, що змінюють силу та здатність спілкування між нейронами.

Ці зміни сполучуваності були б результатом молекулярних та клітинних механізмів, які регулюють цю активність як наслідок збудження нейронів та гальмування, що регулює структурну пластичність.

Таким чином, однією з основних характеристик збудливих та гальмівних синапсів є високий рівень мінливості в їх морфології та стабільність, що виникає як наслідок їх активності та проходження часу (Caroni et al., 2012).

Вчені, що спеціалізуються в цій галузі, спеціально зацікавлені у довготривалих змінах синаптичної сили, як наслідок процесів тривалої потенціації (PLP) та тривалої депресії (DLP).

• Довготривале потенціювання : спостерігається збільшення синаптичної сили як наслідок стимуляції або повторної активації синаптичного зв’язку. Тому послідовна реакція з’явиться при наявності подразника, як у випадку сенсибілізації.
• Тривала депресія (DLP) : спостерігається збільшення синаптичної сили як наслідок відсутності повторної активації синаптичного зв’язку. Тому величина реакції на стимул буде меншою або навіть нульовою. Можна сказати, що відбувається процес звикання.

Привички та обізнаність

Перші експериментальні дослідження, зацікавлені у виявленні нейронних змін, що лежать в основі навчання та пам’яті, використовували прості форми навчання, такі як звикання, сенсибілізація або класичне обумовлення.

На цьому тлі американський вчений Ерік Кандель зосередив свої дослідження на рефлексі втягування зябер Aplysia Califórnica, виходячи з того, що нейронні структури є аналогічними між цими та вищими системами.

Ці дослідження дали перші докази того, що пам’ять та навчання опосередковуються пластичністю синаптичних зв’язків між нейронами, які беруть участь у поведінці, виявляючи, що навчання призводить до глибоких структурних змін, які супроводжують зберігання пам'яті (Mayford et співавт., 2012).

Кандель, як і Рамон і Каджал, приходить до висновку, що синаптичні зв’язки не є непорушними і що структурні та / або анатомічні зміни складають основу зберігання пам'яті (Mayford et al., 2012).

У контексті нейрохімічних механізмів навчання відбуватимуться різні події як для звикання, так і для сенсибілізації.

Привичка

Як ми вже згадували раніше, звикання полягає у зменшенні інтенсивності відповіді, наслідку повторного подання подразника. Коли стимул сприймається сенсорним нейроном, створюється збудливий потенціал, що дозволяє ефективно реагувати.

Коли стимул повторюється, збудливий потенціал прогресивно зменшується, поки він остаточно не перевищить мінімальний поріг розряду, необхідний для формування потенціалу постсинаптичної дії, що робить можливим скорочення м'язів.

Причина, по якій цей збудливий потенціал зменшується, пояснюється тим, що в міру того, як стимул постійно повторюється, відбувається все більший вихід іонів калію (К ⁺ ), що, в свою чергу, викликає закриття кальцієвих каналів ( Са ²⁺ ), що перешкоджає потраплянню іонів кальцію. Тому цей процес викликаний зниженням вивільнення глутамату (Mayford et al, 2012).

Сенсибілізація

Сенсибілізація - це більш складна форма навчання, ніж звикання, при якій інтенсивний стимул виробляє перебільшену реакцію на всі наступні подразники, навіть на ті, які раніше викликали незначну або взагалі не відповідь.

Незважаючи на те, що є базовою формою навчання, воно має різні етапи, коротко- та довгострокові. Хоча короткочасна сенсибілізація означатиме швидкі та динамічні синаптичні зміни, тривала сенсибілізація призведе до тривалих і стабільних змін, наслідком глибоких структурних змін.

У цьому сенсі за наявності сенсибілізуючого подразника (інтенсивного або нового) відбудеться вивільнення глутамату, коли кількість, що виділяється пресинаптичним терміналом, буде надмірною, він активує постсинаптичні рецептори AMPA.

Цей факт дозволить ввести Na2 + в постсинаптичний нейрон, що дозволить його деполяризацію, а також вивільнення рецепторів NMDA, які до цього часу були заблоковані іонами Mg2 +, обидва події дозволять мати масовий вхід Са2 + у постсинаптичний нейрон.

Якщо сенсибілізуючий стимул подаватиметься постійно, це спричинить стійке збільшення введення Са2 +, що активує різні кінази, що призведе до початку ранньої експресії генетичних факторів та синтезу білка. Все це призведе до довгострокових структурних модифікацій.

Тому принципова відмінність двох процесів полягає в синтезі білка. У першому з них, при короткостроковій сенсибілізації, його дія не є необхідною для того, щоб воно відбулося.

Зі свого боку, при тривалій сенсибілізації важливо, щоб синтез білка відбувався так, щоб відбувалися тривалі і стабільні зміни, спрямовані на формування та підтримку нового навчання.

Консолідація навчання в мозку

Навчання та пам’ять - результат структурних змін, що відбуваються як наслідок синаптичної пластичності. Щоб ці структурні зміни відбулися, необхідно, щоб відбувся тривалий процес підвищення або консолідація синаптичної сили.

Як і в індукції тривалої сенсибілізації, необхідний як синтез білка, так і експресія генетичних факторів, що призведе до структурних змін. Щоб ці події відбулися, має відбутися ряд молекулярних факторів:

• Постійне збільшення надходження Са2 + в термінал активує різні кінази, що призведе до початку ранньої експресії генетичних факторів та синтезу білків, що призведе до індукції нових рецепторів AMPA, які будуть вставлені в мембрана і буде підтримувати PLP.

Ці молекулярні події призведуть до зміни дендритних розмірів і форми з можливістю збільшення або зменшення кількості дендритних шипів в певних областях.

На додаток до цих локалізованих змін, сучасні дослідження показали, що зміни відбуваються і на глобальному рівні, оскільки мозок діє як єдина система.

Тому ці структурні зміни є основою навчання, крім того, коли ці зміни, як правило, тривають з часом, ми будемо говорити про пам’ять.

Список літератури

1. (2008). В асоціації BN, & BNA, Neurosciences. Наука про мозок. Вступ для молодих студентів. Ліверпуль.
2. Bear, M., Connors, B., & Paradiso, M. (2008). Нейрологія: вивчення мозку. Філадельфія: Lippincott Wiliams & Wilkings.
3. Caroni, P., Donato, F., & Muller, D. (2012). Структурна пластичність при навчанні: регулювання та функціонування. Природа, 13, 478-490.
4. Основи фізіології поведінки. (2010). В Н. Карлсон. Мадрид: Пірсон.
5. Mayford, M., Siegelbaum, SA, & Kandel, ER (й). Синапси та зберігання пам'яті.
6. Моргадо, Л. (2005). Психобіологія навчання та пам'яті: основи та останні досягнення. Преподобний Нейрол, 40 (5), 258-297.