Мозг в процессе обучения менее пластичен, чем мы думали

Никто не знает, каким образом на самом деле происходит реорганизация в нашем мозге, когда мы изучаем новые задачи. Однако последние исследования, проведенные сотрудниками Университета Карнеги-Меллона и Университета Питтсбурга показали, что мозг имеет различные механизмы и ограничения, с помощью которых он реорганизует свою нервную деятельность в процессе обучения в течение нескольких часов.

В исследовании, опубликованном в журнале "Природа Нейронауки", изучались изменения, которые происходят в мозге при изучении новой задачи. Чтобы увидеть, как изменяется нейронная активность в процессе обучения, нам необходимо посмотреть на целую популяцию нейронов за один раз, а не только на один нейрон, как это делалось в большинстве предыдущих исследований.

Исследовательская группа использовала нейрокомпьютерный интерфейс, с помощью которого испытуемые перемещали курсор на экране компьютера с помощью мыслей. Исследователи обнаружили, что подобно тому, как это происходит во время обучения новому виду спорта, в процессе практики работы с нейрокомпьютерным интерфейсом участники научились более точно управлять курсором. Одновременно с этим в процессе обучения новому навыку у испытуемых измерялась активность мозга, чтобы выяснить, что позволило улучшить производительность. Было выявлено, что в течение нескольких часов мозг не перенастраивает свою нейронную активность, чтобы максимизировать скорость и точность, с которой он перемещает курсор.

"В этом эксперименте мы имеем возможность отследить все нейроны, которые могут привести к поведенческой перестройке, и посмотреть за изменениями во всех них одновременно", - говорит Стив Чейс, доцент кафедры биометрической инженерии Университета Карнеги-Меллона и Центра нейронных основ познания: "Когда мы делаем это, мы видим в действительности ограниченный набор происходящих изменений, которые ведут к неоптимальному улучшению производительности. Это означает, что существуют пределы, которые ограничивают гибкость вашего мозга, по крайней мере в этих коротких временных масштабах".

Когда мы изучаем новое задание, мы не можем мгновенно научиться его умению, отчасти из-за того, каким образом связаны нейроны в мозге. Обучение требует времени, и существуют механизмы, с помощью которых нейроны могут изменить способ взаимодействия друг с другом, для обеспечения обучения – некоторые из них могут происходит быстро, а другие требуют времени больше. Команда исследователей обнаружила, что мозг работает на более жестком наборе ограничений, чем предполагалось первоначально, обеспечивая более хорошее обучение в краткосрочной перспективе, но, тем не менее, делая производительность управления курсором нейрокомпьютерного интерфейса неоптимальной.

Представьте себе теннисистку, которой нужно сыграть в сквош. Ракетка для игры сквош, как известно, легче, и имеет другой центр тяжести, нежели теннисная ракетка, к которой привыкла теннисистка. Но, будучи хорошим игроком в теннис она пропускает не все мячи. Она быстро приспосабливается, но для того, чтобы стать экспертом, потребуется длительный период обучения с новым оснащением. Тем не менее, опытны игроки сквош довольно быстро поймут, что она теннисистка, поскольку пока она не научится правильной технике, она продолжит размахивать ракеткой для сквоша также, как теннисной ракеткой.

"Точно также, как требуется время, чтобы научить человека размахивать ракеткой для сквоша на экспертном уровне, необходимо время, чтобы обучить нейроны выработке идеальной модели поведения", - говорит Байрон Ю, доцент кафедры биометрической инженерии, электротехники и вычислительной техники Университета Карнеги-Меллон: "Когда мы сталкиваемся с новой задачей, мы обнаруживаем. Что мозг вынужден следовать шаблонам нейронной активности, которые он способен генерировать прямо сейчас, и максимально эффективно использовать их для этой новой задачи".

"Когда мы учимся, поначалу мозг не стремится создавать новые шаблоны активности, а перенаправляет на это те шаблоны, генерировать которые он уже умеет", - говорит Аарон Батиста, доцент кафедры биоинженерии университета Питтсбурга: "Обучение в течение нескольких часов не оптимально. Когда мы впервые узнаем что-то новое, наш мозг, похоже, не может изменить свою активность наилучшим образом, чтобы мы могли овладеть новыми навыками".

Приобретение навыка – сложный процесс, который занимает много времени и практики. Но когда вы впервые начинаете изучать новый навык, ваш мозг должен быстро приспособиться к новой задаче, и для этого он использует уже привычные ему нейронные шаблоны. Путем изменения нейронных шаблонов, которые мозг уже способен генерировать, он таким образом применяет "быстрое и грязное решение" к новой проблеме, с которой сталкивается.

"Никто из нас не предвидел этого результата", - говорит Мэтью Голуб, доктор наук в области электротехники и вычислительной техники Университета Карнеги-Мэллон: "Обучение гораздо более ограничено в рамках нескольких часов, чем любой из нас мог ожидать, когда мы начинали. Мы все были удивлены, что мозг не смог выбрать лучшую возможную стратегию".

Примечание: Несмотря на то, что способности нашего мозга к созданию новых путей между нейронами ограничены во времени, мы наверняка можем научить свой мозг быстрее справляться с изучением новых навыков, если будем часто решать незнакомые для нас задачи. Думаю, в будущем исследователи получат больше данных, которые позволят нам увеличить эффективность нашего обучения, а пока предлагаю вам посетить раздел нашего сайта об эффективном обучении и о развитии ума.