Обучение на опыте зависит от времени

Исследователи из Университета Рокфеллера обнаружили, что обучение животного зависит не только от приобретаемого опыта, но и от того, когда этот опыт приобретается.

Изучая плодовых мушек, учёные показали, что один и тот же запах может стать для животного как привлекательным, так и отталкивающим в зависимости от того, в какой момент относительно награды он ощущается. Исследование, опубликованное в Cell, также показало, что животные могут быстро пересматривать эти воспоминания, и раскрыло клеточные механизмы этого процесса.

Что было первым?

На фундаментальном уровне память представляет собой серию ассоциаций. Учёные использовали метод оптогенетики для стимуляции нейронов, которые обычно активируются при получении награды. Это позволило точно контролировать время положительного подкрепления.

Оказалось, что если эти нейроны активировать сразу после предъявления нейтрального запаха, мухи начинали привлекаться к этому запаху. И наоборот, если активировать нейроны перед предъявлением того же запаха, мухи начинали его избегать.

«Разница во времени составляет всего одну-две секунды, однако мухи формируют полностью противоположные ассоциации», — говорит ведущий автор исследования Энни Хэндлер. «Где-то в мозге эта разница в секунду — предшествует ли запах награде или следует за ней — имеет огромное значение».

Переделка воспоминаний

Чтобы понять, как мухи различают последовательность событий, учёные наблюдали за изменениями в области мозга, называемой грибовидным телом. Оно содержит клетки Кеньона (переносят сигналы о запахе), дофаминовые нейроны (переносят сигналы о награде) и выходные нейроны, регулирующие привлекательность запаха для мухи.

Клетки Кеньона могут образовывать сильные или слабые связи (синапсы) с выходными нейронами, а дофамин регулирует силу этих связей. Если связь слабая — запах привлекателен, если сильная — он становится незначимым или даже отталкивающим.

Исследователи идентифицировали сигнальный путь, который может усиливать или ослаблять синапсы в зависимости от точного момента активации дофаминовых нейронов относительно сигнала о запахе.

«Этот путь чувствителен ко времени, поэтому активируется ли дофаминовый нейрон до или после запаха, критически влияет на силу связей между клетками в грибовидном теле», — говорит руководитель лаборатории Ванесса Рута. «И мы полагаем, что это механизм, с помощью которого мозг определяет последовательность событий».

Варьируя этот путь, учёные обнаружили, что могут быстро превращать сильные синапсы в слабые и наоборот, что указывает на возможность быстрого стирания воспоминаний. Поведенческие эксперименты подтвердили эту способность к пересмотру ассоциаций: мухи меняли своё отношение к запаху в зависимости от опыта, полученного всего минуту назад.

«Мы помним то, что оказывается предсказательным, и отбрасываем ассоциации, которые неверны или нерелевантны», — заключает Рута. «Когда вы живёте в динамичной среде — а так живут и мухи, и люди — это кажется очень хорошей стратегией».