Лучшее обучение через нейронное различение

Исследование, опубликованное в последнем выпуске Nature Neuroscience, описывает работу под руководством факультетов медицины и естественных наук Женевского университета (UNIGE) о ключевой роли обонятельной луковицы в способности мозга млекопитающих различать запахи. Работа подтвердила важность высокоактивной нейронной сети, которая обрезает, "подрезает" и моделирует последовательность электрических импульсов, возникающих из информации, переданной носом. Хотя интерпретация, необходимая для различения запахов, происходит в коре головного мозга, этот этап значительно облегчается работой нейронов луковицы, которые собирают информацию для "чтения". С поведенческой точки зрения это касается процесса обучения, поскольку мозг лучше учится и запоминает то, что может чётко различить.

Луковица-переводчик

Для любого сенсорного стимула рецепторные нейроны генерируют специфические для этого стимула паттерны активности — неврологический перевод того, что собрали органы чувств. Эти паттерны состоят из электрических импульсов, которые затем передаются и декодируются на уровне коры. Подобно тому, как сетчатка глаза переводит свет в электрические последовательности, нос улавливает нюансы запаха до того, как в процесс включается обонятельная луковица мозга.

Хотя ясно, что схожие запахи, вызывающие схожие паттерны импульсов, могут быть различимы, мозговые механизмы, осуществляющие это различение, оставались неизвестны. Исследование UNIGE под руководством профессоров Алана Карлтона и Ивана Родригеса объясняет этот феномен и главную роль обонятельной луковицы. Последняя, подобно художнику или переводчику, "лепит" или преобразует сырую информацию, которую получает, и в случае очень похожих запахов эта информация приводит к путанице.

За один вдох

Меняя соотношения фруктовых ароматов (киви, клубники и банана) в точных комбинациях, исследователи наблюдали за обонятельными луковицами мышей. Они обнаружили, что паттерны активности — последовательности электрических импульсов — различались в зависимости от представленных комбинаций. Хотя это кажется логичным, явление ранее никогда не наблюдалось научно.

Но что ещё удивительнее: "Сеть луковицы, первый мозговой канал обонятельного пути, генерирует преобразованную информацию, различия в которой подчёркиваются", — объясняет Алан Карлтон, добавляя: "Эта операция преобразования происходит за долю секунды, за один вдох". Изменение репрезентации происходит мгновенно: нейроны-"скульпторы" перерабатывают паттерны активности, дифференцируя и удаляя электрические импульсы. Они также могут ослаблять или замедлять последовательность импульсов, то есть преобразовывать её во времени.

Чёткие паттерны ведут к чёткому различению

Чем больше луковица разделяет, сортирует и различает, тем лучше животное учится дифференцировать запахи и идентифицировать каждое различие. Профессор Карлтон комментирует результаты: "Мы видим, с одной стороны, демонстрацию нейронной компетенции определённых сетей, специализирующихся на разделении репрезентаций, а с другой — причинно-следственную связь между способностью проводить различия и успешностью обучения".