Ученые из Калифорнийского университета в Беркли запечатлели уникальные образы решения проблем в действии, проникнув в умы мышей. Исследование показывает, что во фронтальном мозгу мышей происходит быстрое изменение структуры после того, как они учатся методом проб и ошибок.
Используя передовые методы микроскопии, исследователи обнаружили, что, когда мыши использовали новые стратегии для поиска скрытых угощений во время поиска пищи, у них наблюдалась резкая реконструкция их лобных долей.
"Мы взволнованы, потому что это первые фотографии живой перестройки в мозге на синаптическом уровне, которые фиксируют след этой формы обучения более высокого порядка," сказала старший автор исследования Линда Уилбрехт, доцент кафедры психологии и нейробиологии Калифорнийского университета в Беркли.
Результаты, которые будут опубликованы в журнале Nature Communications, предоставят убедительные доказательства в пользу "активное изучение," подход, который способствует критическому мышлению и решению проблем в школах и на рабочих местах.
В то время как в покадровых фильмах задокументирована перестройка мозга во время выполнения двигательных, сенсорных задач и задач по кондиционированию страха, "Отсутствуют наглядные доказательства более сложного, когнитивного, основанного на стратегии обучения методом проб и ошибок, которое помогает нам расти каждый день в школе и на работе," Вильбрехт сказал.
"Эти данные подталкивают нас к большему осознанию того, как различные аспекты обучения, особенно активное обучение, могут формировать наш мозг," она добавила.
Уилбрехт и ведущий автор исследования Кэролайн Джонсон, научный сотрудник Гарвардского университета, пытались исследовать, как правила, определяемые как "узнал отношения между репликами, действиями и результатами," закодированы в мозгу.
"Мы знаем, что правила где-то там, и хотели получить представление о том, как они могут быть установлены и сохранены в нейронной проводке," Вильбрехт сказал.
Исследователи сосредоточили внимание на "орбитофронтальная кора," область мозга, показанная в знаменитом случае Финеаса Гейджа, американского мастера по строительству железной дороги, который пережил аварию, в которой железный стержень пронзил его лобные доли.
До травмы Гейдж слыл вежливым человеком, соблюдающим правила. После аварии он стал нарушителем правил и нонконформистом.
В рамках исследования исследователи из Калифорнийского университета в Беркли отслеживали ежедневные изменения в синапсах орбитальной лобной коры мышей по мере того, как они узнавали новые правила. Они сделали это, заставив мышей исследовать различные стратегии, чтобы найти Cheerios, которые были спрятаны в мисках из деревянной стружки, ароматизированной лакричником, гвоздикой, тимьяном или фруктами. Правила поиска Cheerios меняются ежедневно.
Например, в первый день эксперимента мыши узнали, что запах лакрицы приведет их к Cheerio, спрятанному на дне миски, но они не получили никаких других подсказок.
"Им пришлось обнаружить правило, которое привело их к Cheerio, методом проб и ошибок," Вильбрехт сказал.
Мыши выполняли задание по поиску пищи утром, а изменения мозга регистрировались днем. Используя технологию, известную как двухфотонная лазерная сканирующая микроскопия, исследователи сфотографировали рост и сокращение в мозговых цепях аксонов дальнего действия, проводников электрических сигналов, которые соединяют нейроны в исполнительных центрах лобных долей.
Мыши, которые ежедневно придумывали новые правила, показали драматические изменения в проводке, передающей информацию из орбитофронтальной коры.
"Важно отметить, что эти изменения масштабировались с учетом стратегии и опыта каждого животного методом проб и ошибок, предполагая, что они отражают интеллектуальный рост каждого животного," Вильбрехт сказал.
Напротив, мыши, которые получали Cheerios бесплатно, без необходимости ориентироваться в правилах, не демонстрировали всплеска ремоделирования мозговых цепей.