Певчие птицы раскрывают, как практика улучшает результат

Изучение сложных навыков, таких как игра на музыкальном инструменте, требует последовательности движений, на освоение которой могут уйти годы. В прошлом году нейробиологи MIT сообщили, что, изучая щебетание маленьких певчих птиц, они смогли определить, как два различных нейронных контура способствуют такому обучению методом проб и ошибок на разных этапах жизни.

Теперь исследователи получили новые данные о конкретном механизме этого обучения. В статье, опубликованной в Proceedings of the National Academy of Sciences на неделе 6 июля, учёные сообщают, что по мере того, как зебровые амадины оттачивают свои песни, мозг сначала сохраняет улучшения в одном нейронном пути, а затем передаёт эту усвоенную информацию в моторный путь для долговременного хранения.

Эта работа может углубить наше понимание сложной организации базальных ганглиев — структур мозга, играющих ключевую роль в обучении и формировании привычек у людей. Базальные ганглии также связаны с такими расстройствами, как болезнь Паркинсона, обсессивно-компульсивное расстройство и наркозависимость.

«Птицы предоставляют отличную систему для изучения фундаментальных механизмов того, как базальные ганглии способствуют обучению, — сказал старший автор работы Майкл Фи, исследователь из Института исследований мозга Макговерна при MIT. — Наши результаты подтверждают идею, что базальные ганглии — это шлюз, через который вновь приобретённая информация влияет на наши действия».

Молодые зебровые амадины учатся петь, подражая своим отцам, чья песня состоит из нескольких слогов в определённой последовательности. Подобно лепету человеческих младенцев, молодые птицы сначала издают неорганизованный поток звуков, но после тысяч повторений осваивают слоги и ритмы песни отца. Предыдущие исследования амадин выявили два отдельных нейронных контура, участвующих в этом поведении. Моторный путь отвечает за воспроизведение песни, а отдельный путь необходим для обучения имитации отца. Этот обучающий путь, называемый передним переднемозговым путём (anterior forebrain pathway, AFP), имеет сходство с контурами базальных ганглиев у людей.

«В этом исследовании мы хотели выяснить, как эти два пути работают вместе, пока птица учится, — объяснил первый автор работы Аарон Андалман, аспирант лаборатории Фи. — Поэтому мы обучили птиц новой вариации их песни, а затем инактивировали контур AFP, чтобы увидеть, как он участвует в обучении».

Чтобы обучить птиц, исследователи отслеживали их пение и подавали белый шум всякий раз, когда птица пела определённый слог на более низкой высоте тона, чем обычно.

«Птица слышит этот неожиданный шум, думает, что совершила "ошибку", и при последующих попытках постепенно корректирует высоту этого слога вверх, чтобы избежать повторения этой ошибки, — сказал Фи. — За много дней мы можем научить птицу перемещать высоту слога вверх и вниз по музыкальной шкале».

В определённый день, после четырёх часов тренировки, в ходе которой птицы научились повышать высоту тона, исследователи временно инактивировали AFP с помощью короткодействующего препарата (тетродотоксина, нейротоксина, получаемого из рыбы фугу). Высота тона немедленно вернулась к тому уровню, на котором она была в начале тренировки в тот день, — это говорит о том, что недавно усвоенные изменения хранились внутри AFP.

Но исследователи обнаружили, что в течение 24 часов мозг передал вновь усвоенную информацию из AFP в моторный путь. Моторный путь хранил все накопленные изменения высоты тона с предыдущих тренировок.

Фи сравнивает этот эффект с тем, как недавние правки в документе временно хранятся в динамической памяти компьютера, а затем регулярно сохраняются на жёсткий диск. Именно накопление изменений в «жёстком диске» моторного пути составляет развитие нового навыка.

Источник: Massachusetts Institute of Technology