Перетягивание каната в мозге: выбор между классическим и оперантным обучением

Исследование Тель-Авивского университета может изменить наше понимание того, как люди учатся и формируют память, особенно через классическое и оперантное обусловливание. Ученые выяснили, что наш мозг участвует в своеобразном «перетягивании каната» между этими двумя системами обучения, при этом в каждый момент времени активна только одна из них.

Это означает, что если мы пытаемся одновременно выучить два противоречащих друг другу действия в одной и той же ситуации, возникает путаница, и при повторном столкновении с этой ситуацией выполнить одно из действий становится сложно.

В своем исследовании ученые продемонстрировали этот эффект на плодовых мушках. Когда мушек научили ассоциировать запах с электрическим разрядом (классическое обусловливание), а также связывать свои собственные действия с запахом и разрядом (оперантное обусловливание), они запутались и не смогли проявить четкую реакцию на разряд.

Исследование проводилось под руководством профессора Моше Парнаса и аспиранта Эяля Розенфельда из лаборатории нейронных цепей и обонятельного восприятия на факультете медицины Тель-Авивского университета. Результаты работы опубликованы в журнале Science Advances 6 декабря.

Как мы учимся

Люди учатся различными способами. Один из известных примеров — знаменитый эксперимент Ивана Павлова, где собака научилась ассоциировать звук колокольчика с подачей пищи. Этот тип обучения, называемый классическим обусловливанием, предполагает пассивное формирование ассоциаций между двумя стимулами.

С другой стороны, люди могут учиться через свои собственные действия. Если определенное поведение приносит положительный результат, мы склонны его повторять, а если оно вредит нам, мы стараемся избегать его. Этот тип обучения называется оперантным обусловливанием и предполагает активное участие в процессе.

Ранее ученые считали, что эти два вида памяти работают в мозге совместно. Но что происходит, если они противоречат друг другу? Например, если мышей научить бояться запаха с помощью обоих методов, их реакции будут различаться: при классическом обусловливании мыши будут замирать, а при оперантном — убегать.

Но что будет, если оба воспоминания возникнут одновременно? Замрут ли мыши, убегут или просто останутся безучастными?

Конкуренция систем памяти

В ходе уникального эксперимента на плодовых мушках (дрозофилах) ученые Тель-Авивского университета обнаружили, что мозг не способен одновременно усваивать информацию через классическое и оперантное обусловливание. Мозг активно подавляет формирование обоих типов памяти одновременно, используя эту стратегию, чтобы определить, какое поведение следует реализовать.

В экспериментах исследователи научили мух ассоциировать запах с электрическим разрядом. При классическом обусловливании мухи замирали, почувствовав условный запах, а при оперантном, наоборот, пытались убежать от запаха, чтобы избежать разряда. Однако мухи не могли усвоить оба типа обучения одновременно. Более того, ученые определили механизмы в мозге, которые отдают предпочтение одному типу памяти перед другим.

Комментарии исследователей

«Наше исследование полностью меняет представление о том, как работает процесс обучения, — объясняет профессор Парнас. — Мозг можно представить как участника ‘перетягивания каната’: если вы сосредоточены на обучении через свои действия, мозг блокирует формирование автоматических ассоциаций. Это позволяет избежать путаницы, но также означает, что вы не можете одновременно учиться двум вещам».

Профессор Парнас также отметил:

«У плодовых мушек простой мозг, что делает их удобным объектом для изучения. Однако их мозг удивительно похож на мозг млекопитающих, включая человеческий».

Используя мощные генетические инструменты, исследователи показали, как разные системы обучения конкурируют за «место в мозге». Они обнаружили, что навигационный центр мозга вмешивается, чтобы активным был только один тип памяти, предотвращая конфликты между системами.

Эяль Розенфельд подытожил: «Это открытие меняет наше понимание человеческого обучения и может привести к разработке новых стратегий лечения расстройств обучения. Глубже понимая, как формируются воспоминания у людей с такими заболеваниями, как СДВГ или болезнь Альцгеймера, мы сможем создать эффективные методы лечения. Удивительно, что наш мозг выбирает между различными системами обучения, чтобы избежать путаницы, при этом мы даже не замечаем этого процесса».

Исследование: Eyal Rozenfeld, Moshe Parnas, Neuronal circuit mechanisms of competitive interaction between action-based and coincidence learning.Sci. Adv. (2024).DOI: 10.1126/sciadv.adq3016