ИСТИНА

Считается, что овладение семантикой слов речи основано на биологических механизмах ассоциативного обучения [1]. Однако текущее понимание мозговых механизмов обучения и памяти преимущественно базируется на простых моделях (включая модели на животных), в то время как механизмы обучения в когнитивной области остаются в значительной степени неизвестными. Семантическое обучение речи является хорошим примером таких когнитивных процессов, мозговые механизмы которых не могут быть легко объяснены на уровне простых нейронных сетей. В частности, до сих пор нет четкого понимания ряда процессов, лежащих в основе такого обучения – включая механизмы, обеспечивающие корреляционное совпадение нейронных репрезентаций, необходимое для Хеббовской пластичности, реверберационное воспроизведение ассоциируемой репрезентации в рабочей памяти, вовлечение консолидации и т.д. Чтобы исследовать эти вопросы, мы провели серию экспериментов, моделирующих семантическое научение словам, связанным с действиями. Мы использовали новую экспериментальную процедуру семантического научения, основанную на обучении методом проб и ошибок, в ходе которой участники активно приобретали ассоциации между псевдословами и действиями. Экспериментальная процедура включала презентации акустически выровненных псевдослов, которые были незнакомы участникам до начала эксперимента. Задача участников заключалась в выполнении движений конечностями (руками и ногами) в ответ на соответствующие псевдослова. Положительная или отрицательная обратная связь подавалась в каждой реализации в зависимости от действий участника. МЭГ регистрировали не только во время обучения, но и во время пассивного предъявления тех же псевдослов до и после обучения, что позволяло контролировать эффекты внимания и подготовки к движению. Мы анализировали связанные с событиями поля и осцилляции в бета-диапазоне. Наши эксперименты показали, что кортикальная пластичность, связанная с обучением словам, может быть выявлена сразу после обучения, без какого-либо длительного времени для консолидации [2]. Мы обнаружили два эффекта, развивающихся в процессе обучения, которые могут способствовать Хеббовской пластичности, связывающей слуховые репрезентации псевдослов с ассоциируемыми движениями. Во-первых, мы обнаружили реактивацию слухоречевых репрезентаций во время инициации движения. По-видимому, именно этот механизм создает условия для временного совпадения активаций в двух ассоциируемых репрезентациях - слуховой репрезентации речи и репрезентации моторной программы. Во-вторых, мы обнаружили, что в процессе обучения возникает значительное усиление мощности бета-осцилляций во время и после выполнения моторного действия. Этот эффект включал в себя не только обычную бета-синхронизацию в сенсомоторных областях коры после движения, но и резкое увеличение мощности бета-колебаний во множестве ассоциативных областей коры. Мы полагаем, что такие бета-осцилляции представляют собой реверберационный механизм закрепления ассоциативной связи и защиты ее от помех [3]. В дальнейших экспериментах мы расширили процедуру, и проводили процедуру обучения на протяжении двух последовательных дней, с ночным сном между двумя записями. Мы оценивали динамику мощности бета осцилляций, сопровождающую как обучение новым псевдословам в первый день, так и повторение задачи после ночного сна на второй день. Связанная с событиями бета-синхронизация в лобных областях появлялась сразу после того, как правила были выучены в первый день, и не менялась ни после сна, ни после повторения во второй день. Таким образом, динамика префронтального бета-ритма отражала изменение в поведении: достигнув критерия обученности в первый день, участники продолжали практически безошибочное выполнять задачу на второй день. Напротив, связанная с событиями бета-синхронизация в задней височной и теменной коре непрерывно росла на протяжении всего второго дня, что, предположительно, играет роль в консолидации вновь выученных ассоциаций в долговременной памяти. Таким образом, результаты наших исследований выявили комплекс физиологических механизмов пластичности человеческого мозга в когнитивной сфере.