КАК ЧЕЛОВЕЧЕСКИЙ МОЗГ УЧИТСЯ? - НЕЙРОПСИХОЛОГИЯ - 2024

Наш мозг учится на опыте: столкновение с окружающей средой изменяет наше поведение за счет модификации нашей нервной системы (Carlson, 2010). Несмотря на то, что мы все еще далеки от точного и полного знания каждого из нейрохимических и физических механизмов, участвующих в этом процессе, различные экспериментальные свидетельства накопили довольно обширные знания о механизмах, участвующих в процессе обучения.

Мозг меняется на протяжении всей нашей жизни. Нейроны, составляющие его, могут быть изменены в результате различных причин: развития, травмы головного мозга определенного типа, воздействия окружающей среды и, в основном, в результате обучения (BNA, 2003).

Основные характеристики обучения мозга

Обучение - это важный процесс, который вместе с памятью является основным средством адаптации живых существ к повторяющимся изменениям нашей окружающей среды.

Мы используем термин обучение для обозначения того факта, что опыт вызывает изменения в нашей нервной системе (NS), которые могут быть длительными и включать изменения на поведенческом уровне (Morgado, 2005).

Сами переживания изменяют то, как наше тело воспринимает, действует, думает или планирует, посредством модификации NS, изменяя схемы, которые участвуют в этих процессах (Carlson, 2010).

Таким образом, в то же время, когда наше тело взаимодействует с окружающей средой, синаптические связи нашего мозга будут претерпевать изменения, могут быть установлены новые связи, те, которые полезны в нашем поведенческом репертуаре, усилены или другие, которые не являются полезными или эффективными, исчезнут (BNA, 2003).

Следовательно, если обучение связано с изменениями, происходящими в нашей нервной системе в результате нашего опыта, когда эти изменения консолидируются, мы можем говорить о воспоминаниях. (Карлсон, 2010). Память - это явление, вытекающее из тех изменений, которые происходят в NS, и придает ощущение непрерывности нашей жизни (Morgado, 2005).

Из-за множественных форм обучения и систем памяти в настоящее время считается, что процесс обучения и формирование новых воспоминаний зависят от синаптической пластичности - явления, посредством которого нейроны изменяют свою способность общаться друг с другом (BNA, 2003 ).

Типы обучения мозга

Прежде чем описывать механизмы мозга, участвующие в процессе обучения, необходимо охарактеризовать различные формы обучения, в рамках которых мы можем различать по крайней мере два основных типа обучения: неассоциативное обучение и ассоциативное обучение.

-Неассоциативное обучение

Неассоциативное обучение относится к изменению функциональной реакции, возникающей в ответ на предъявление единственного стимула. Неассоциативное обучение, в свою очередь, может быть двух типов: привыкание или сенсибилизация (Bear et al., 2008).

Привыкание

Повторное предъявление стимула снижает интенсивность ответа на него (Bear et al., 2008).

Пример: если вы жили в доме только с одним телефоном. Когда он звонит, он бежит, чтобы ответить на звонок, однако каждый раз, когда он это делает, звонок адресован кому-то другому. Поскольку это событие повторяется неоднократно, они перестанут реагировать на телефонные звонки и могут даже перестать его слышать (Bear et al., 2008).

Аллергены

Подача нового или интенсивного стимула вызывает усиленную реакцию на все последующие стимулы.

Пример. Предположим, вы идете ночью по тротуару на хорошо освещенной улице, и внезапно происходит затемнение. Любой новый или странный стимул, например звук шагов или видение фар приближающейся машины, расстроит его. Чувствительный стимул (затемнение) приводил к сенсибилизации, которая усиливала его реакцию на все последующие стимулы (Bear et al., 2008).

-Ассоциативное обучение

Этот тип обучения основан на установлении ассоциаций между различными стимулами или событиями. В рамках ассоциативного обучения мы можем выделить два подтипа: классическое обусловливание и инструментальное обусловливание (Bear et al., 2008).

Классическое кондиционирование

В этом типе обучения будет связь между стимулом, который вызывает ответ (безусловный ответ или безусловный ответ, RNC / RI), безусловным или безусловным стимулом (ENC / EI), и другим стимулом, который обычно не вызывает ответ, условный раздражитель (CS), и это потребует обучения.

Парное представление CS и US будет включать представление усвоенного ответа (условного ответа, CR) на обученный стимул. Условие произойдет только в том случае, если стимулы предъявляются одновременно или если CS предшествует ENC в очень короткий промежуток времени (Bear et al., 2008).

Пример: стимул ENC / EC в случае собак может быть кусок мяса. При просмотре мяса собаки издают слюноотделение (RNC / RI). Однако, если собаку предъявить в качестве стимула звуком колокольчика, она не вызовет особой реакции. Если мы предъявляем оба стимула одновременно или сначала звук колокольчика (CE), а затем мясо после повторной тренировки. Звук может вызвать реакцию слюноотделения без присутствия мяса. Была связь между едой и мясом. Звук (ЭК) способен вызвать условную реакцию (ОК), слюноотделение.

Инструментальная подготовка

В этом типе обучения вы учитесь связывать реакцию (двигательный акт) со значительным стимулом (наградой). Для того чтобы возникла инструментальная обусловленность, необходимо, чтобы стимул или вознаграждение возникали после реакции человека.

Кроме того, мотивация также будет важным фактором. С другой стороны, инструментальный тип обусловливания также будет иметь место, если вместо вознаграждения индивид получит исчезновение аверсивного валентного стимула (Bear et al., 2008).

Пример: если мы поместим голодную крысу в коробку с рычагом, который будет обеспечивать ее пищей, при исследовании коробки крыса нажмет на рычаг (моторный акт) и увидит, что появляется еда (награда). После того, как вы проделаете это еще раз, крыса будет ассоциировать нажатие на рычаг с получением еды. Поэтому вы будете нажимать на рычаг до тех пор, пока не будете удовлетворены (Bear et al., 2008).

Нейрохимия обучения мозга

Расширение возможностей и депрессия

Как мы упоминали ранее, считается, что обучение и память зависят от процессов синаптической пластичности.

Таким образом, различные исследования показали, что процессы обучения (среди которых есть описанные выше) и память вызывают изменения в синаптических связях, которые изменяют силу и коммуникационную способность между нейронами.

Эти изменения в связности могут быть результатом молекулярных и клеточных механизмов, которые регулируют эту активность как следствие возбуждения и торможения нейронов, которые регулируют структурную пластичность.

Таким образом, одной из основных характеристик возбуждающих и тормозных синапсов является высокий уровень изменчивости их морфологии и стабильности, возникающий как следствие их активности и времени (Caroni et al., 2012).

Ученые, специализирующиеся в этой области, особенно заинтересованы в долгосрочных изменениях силы синапсов, как следствие процессов долгосрочной потенциации (PLP) и долгосрочной депрессии (DLP).

• Долгосрочное потенцирование : увеличение синаптической силы в результате стимуляции или повторной активации синаптической связи. Следовательно, при наличии стимула появится стойкая реакция, как и в случае сенсибилизации.
• Долговременная депрессия (DLP) : увеличение синаптической силы вследствие отсутствия повторной активации синаптической связи. Следовательно, величина реакции на раздражитель будет меньше или даже равна нулю. Можно сказать, что происходит процесс привыкания.

Привыкание и осведомленность

Первые экспериментальные исследования, направленные на выявление нейронных изменений, лежащих в основе обучения и памяти, использовали простые формы обучения, такие как привыкание, сенсибилизация или классическая обусловленность.

На этом фоне американский ученый Эрик Кандел сосредоточил свои исследования на рефлексе втягивания жабр у Aplysia Califórnica, исходя из предпосылки, что нейронные структуры аналогичны между этими и более высокими системами.

Эти исследования предоставили первое свидетельство того, что память и обучение опосредуются пластичностью синаптических связей между нейронами, участвующими в поведении, и показали, что обучение приводит к глубоким структурным изменениям, сопровождающим хранение памяти (Mayford et al. др., 2012).

Кандел, как и Рамон-и-Кахал, заключает, что синаптические связи не являются неизменными и что структурные и / или анатомические изменения составляют основу хранения памяти (Mayford et al., 2012).

В контексте нейрохимических механизмов обучения будут иметь место разные события как для привыкания, так и для сенсибилизации.

Привыкание

Как мы упоминали ранее, привыкание заключается в снижении интенсивности реакции, как следствие повторного предъявления стимула. Когда сенсорный нейрон воспринимает стимул, генерируется возбуждающий потенциал, обеспечивающий эффективный ответ.

По мере повторения стимула возбуждающий потенциал постепенно уменьшается, пока, наконец, не перестанет превышать минимальный порог разряда, необходимый для генерации постсинаптического потенциала действия, что делает возможным сокращение мышц.

Причина, по которой этот возбуждающий потенциал уменьшается, заключается в том, что, поскольку стимул непрерывно повторяется, увеличивается выход ионов калия (K ⁺ ), что, в свою очередь, вызывает закрытие кальциевых каналов ( Ca ²⁺ ), что препятствует проникновению ионов кальция. Следовательно, этот процесс вызван уменьшением высвобождения глутамата (Mayford et al, 2012).

Аллергены

Сенсибилизация - более сложная форма обучения, чем привыкание, при которой интенсивный стимул вызывает преувеличенную реакцию на все последующие стимулы, даже на те, которые ранее вызывали незначительную реакцию или не вызывали ее вообще.

Несмотря на то, что это основная форма обучения, она состоит из нескольких этапов, краткосрочных и долгосрочных. В то время как краткосрочная сенсибилизация будет означать быстрые и динамические синаптические изменения, долгосрочная сенсибилизация приведет к долгосрочным и стабильным изменениям, являющимся следствием глубоких структурных изменений.

В этом смысле в присутствии сенсибилизирующего стимула (интенсивного или нового) произойдет высвобождение глутамата, когда количество, высвобождаемое пресинаптическим окончанием, будет чрезмерным, он активирует постсинаптические рецепторы AMPA.

Этот факт позволит входить Na2 + в постсинаптический нейрон, обеспечивая его деполяризацию, а также высвобождение рецепторов NMDA, которые до сих пор блокировались ионами Mg2 +, оба события позволят массовому проникновению Ca2 + в постсинаптический нейрон.

Если сенсибилизирующий стимул предъявляется постоянно, он вызовет стойкое увеличение поступления Са2 +, что активирует различные киназы, что приведет к инициации ранней экспрессии генетических факторов и синтезу белка. Все это приведет к долгосрочным конструктивным изменениям.

Следовательно, фундаментальное различие между двумя процессами заключается в синтезе белка. В первом из них, при кратковременной сенсибилизации, его действие не обязательно, чтобы это произошло.

Со своей стороны, при долгосрочной сенсибилизации важно, чтобы происходил синтез белка, чтобы происходили длительные и стабильные изменения, направленные на формирование и поддержание нового обучения.

Консолидация обучения в мозгу

Обучение и память являются результатом структурных изменений, происходящих вследствие синаптической пластичности. Для того чтобы эти структурные изменения произошли, необходимо, чтобы имел место длительный процесс усиления или консолидации синаптической силы.

Как и в случае индукции долговременной сенсибилизации, необходим синтез белка и экспрессия генетических факторов, которые приведут к структурным изменениям. Чтобы эти события произошли, должен иметь место ряд молекулярных факторов:

• Постоянное увеличение поступления Са2 + в терминал будет активировать различные киназы, что приведет к инициированию ранней экспрессии генетических факторов и синтезу белков, что приведет к индукции новых рецепторов AMPA, которые будут вставлены в мембрана и будет поддерживать PLP.

Эти молекулярные события приведут к изменению размера и формы дендритов с возможностью увеличения или уменьшения количества дендритных шипов в определенных областях.

В дополнение к этим локальным изменениям, текущие исследования показали, что изменения также происходят на глобальном уровне, поскольку мозг действует как единая система.

Следовательно, эти структурные изменения являются основой обучения, кроме того, когда эти изменения имеют тенденцию длиться с течением времени, мы будем говорить о памяти.

Ссылки

1. (2008). В ассоциации BN, & BNA, Neurosciences. Наука о мозге. Введение для молодых студентов. Ливерпуль.
2. Медведь М., Коннорс Б. и Парадизо М. (2008). Неврология: исследование мозга. Филадельфия: Lippincott Wiliams & Wilkings.
3. Карони П., Донато Ф. и Мюллер Д. (2012). Структурная пластичность при обучении: регуляция и функции. Природа, 13, 478-490.
4. Основы физиологии поведения. (2010). У Н. Карлсона. Мадрид: Пирсон.
5. Mayford, M., Siegelbaum, SA, и Kandel, ER (nd). Синапсы и память.
6. Моргадо, Л. (2005). Психобиология обучения и памяти: основы и последние достижения. Rev Neurol, 40 (5), 258-297.