Ученые рассказали, чем мозг новичка отличается от мозга эксперта

МОСКВА, 18 ноя — РИА Новости. Эксперименты на мышах показали, что по мере приобретения опыта в выполнении какой-либо задачи, нейронные сети мозга становятся все более сфокусированными, а решения не только принимаются быстрее — они становятся более эффективными, но при этом более предсказуемыми. Результаты исследования опубликованы в журнале Neuron.

Ученые из Лаборатории в Колд-Спринг-Харбор (шт. Нью-Йорк, США), Колумбийского университета, Лондонского университетского колледжа и Института Флэтайрон в Нью-Йорке наблюдали, как менялась активность мозговых нейронов мышей, учившихся выполнять одну и ту же задачу.

Животные получали мультисенсорные сигналы в виде происходящих одновременно щелчков и вспышек. От них требовалось сообщить исследователям о том, с высокой или низкой скоростью, по их мнению, поступают сигналы.

Для этого перед ними установили три краника. Нужно было лизнуть средний краник, когда решение готово, левый краник — если скорость сигналов низкая, и правый краник — если высокая. За правильный ответ мыши получали вознаграждение.

Необычность эксперимента заключалась в том, что исследователи регистрировали активность нейронов с самого начала эксперимента, когда мыши еще не понимали, что надо делать, и до того момента, когда они начинали очень быстро выполнять задание. Это показало, как меняется мозговая деятельность в процессе обучения.

"Никто на самом деле не знал, какая нейронная активность у животных или людей сопровождает процесс изучения задачи, — приводятся в пресс-релизе Лаборатории в Колд-Спринг-Харбор слова руководителя исследования Анны Черчленд (Anne Churchland). — В большинстве исследований по принятию решений использовали уже обученных животных".

Авторы обнаружили, что все подопытные грызуны обучались постепенно примерно за четыре недели. В течение всего этого периода у них в мозге менялась активность целой группы нейронов.

В начале обучения нейроны, отвечающие за действие, активировались только после того, как решение было принято. По мере освоения задачи мыши стали принимать решение все быстрее и быстрее, а нейроны действия стали активироваться еще до решения, с некоторым опережением. Животное как бы заранее отдавало предпочтение одному из вариантов решения.

"Они сильнее реагировали заранее на один выбор, и гораздо слабее — на другой", — говорит Черчленд.

Получается так, что мыши-новички каждый раз думали над принятием решения, а мыши-эксперты заранее знали, что они будут делать, а потом только вносили коррективы в свои действия.

Для расшифровки нейронной активности ученые соединили датчики приборов с небольшой искусственной нейронной сетью, построенной на принципе машинного обучения. Собирая и обрабатывая данные серии наблюдений, программа научилась угадывать с большой долей вероятности решение животного. В конечном итоге, по мере того как мыши становились "экспертами", обучалась и искусственная нейронная сеть, точность ее прогноза достигла 90 процентов.

"Мы как будто получили возможность читать мысли животного, предсказывать, что оно собирается сделать, — отмечает руководитель исследования. — Теперь мы лучше знаем о том, как субъект принимает решения, какие решения он заранее считает правильными или неправильными, сколько времени тратится на принятие этих решений и как выглядит работа нейронов во время их принятия".