Выучить нечто совершенно новое сложнее, чем запомнить информацию по уже знакомой теме. Оказывается, это верно и на уровне нервных клеток: гораздо сложнее заставить их подавать сигналы в порядке, непохожем на все ранее известные. Такие данные выявили с помощью нейрокомпьютерных интерфейсов в ходе исследования на обезьянах.
Сотрудники одного из лучших вузов по обучению компьютерным технологиям и искусственному интеллекту, Университета Карнеги-Меллон (Питтсбург) совместно с коллегами из Питтсбургского университета исследовали, как активность нервных клеток влияет на способность к обучению. Результаты работы опубликованы в журнале Nature.
Двум взрослым макакам-резусам вживили матрицы с микроэлектродами в первичную моторную кору — область мозга, отвечающую за произвольные движения. Сигналы от электродов использовали для работы нейрокомпьютерного интерфейса. Прибор анализировал частоту и периодичность нервных импульсов и на основе полученных данных позволял курсору на экране компьютера, за которым сидели животные, двигаться в определённую сторону. Обезьяны должны были перевести указатель из центра монитора на кружок определённого цвета, за что получали подкрепление.
Если после нескольких попыток под руководством макаки курсор быстро и безошибочно достигал намеченной цели, отмечали, что животное обучилось выполнять задание. При этом электроды каждый раз регистрировали похожую картину активности нейронов. Взаимоотношения между соседними клетками оставались неизменными: какие-то нейроны посылали сигналы синхронно, усиливая влияние друг друга на остальные элементы нервной сети, а какие-то, напротив, активировались только тогда, когда соседние клетки "молчали".
После того как обезьяны обучались безошибочно выполнять предложенные задания, экспериментаторы заменяли последние. Задания из нового набора были построены так, чтобы животные использовали те же нейронные сети, но для верного выполнения активность этих сетей должна была кардинально измениться. В контрольном варианте макакам также предлагали новые задачи, но для их решения не требовалось радикально перестраивать порядок сигналов между нервными клетками. В первом варианте обучение давалось животным гораздо труднее, чем когда работа нейронной сети принципиально не менялась. По крайней мере, именно такую картину наблюдали в пределах каждого экспериментального сеанса, длившегося несколько часов.
На практике результаты означают, что, заучивая нечто совершенно новое, для чего приходится применять незнакомые режимы работы нейронных сетей, мы фактически пытаемся сложить слово "счастье" из совсем не подходящего набора букв. Грустный пример такого, образно выражаясь, словотворчества — восстановление у пациентов, перенесших инсульт. И пусть нынешнее исследование скорее предполагает, что некоторые нарушения у таких больных крайне сложно преодолеть, методы, использованные в работе, способны помочь пострадавшим от инсульта более эффективно обучаться утраченным навыкам.
