Чтобы добиться идеальной подачи в теннис, нужны часы и часы практики, но для ученых, изучающих сложное двигательное поведение, всегда оставался большой вопрос без ответа – что мозг извлекает из этих часов, проведенных на корте? Это просто время, необходимое для идеальной подачи, или это точный путь, по которому нужно двигать рукой?
По словам исследователей из Гарварда, ответ – оба, но в разных цепях.
Бенце Олвецки, Джон Л. Доцент естественных наук Леб обнаружил, что мозг использует две в значительной степени независимые нейронные цепи для изучения временных и пространственных аспектов двигательного навыка. Исследование описано в сентябре. 26 бумаги в Neuron.
"Мы изучаем структуру обучения двигательным навыкам," Ölveczky сказал. "Что мы смогли показать, так это то, что мозг делит что-то сложное на модули – в данном случае для определения времени и для моторной реализации – как способ воспользоваться преимуществами иерархической структуры моторной системы, и это запечатлевает обучение на разных уровнях. независимо."
Чтобы выяснить, как работают эти независимые схемы, Олвецки и его коллеги обратились к существу, известному своей способностью к обучению, – зебровому вьюрку. Крошечные птички регулярно используются в исследованиях обучения, потому что каждый самец учится петь уникальную песню от своего отца.
В серии экспериментов команда Олвецки использовала традиционные техники кондиционирования, чтобы изменить время пения птицы, ускоряя или замедляя определенные "слоги" в песне. Они также могли изменить, какие голосовые мышцы были активированы, и заставить птицу петь на более высоком или низком тоне.
"Но при изменении высоты слога длительность не меняется, а при изменении длительности высота звука не меняется," Ölveczky сказал. "Похоже, что нейронные цепи для двух функций разделены."
Дополнительное свидетельство того, что схемы обучения моторной реализации и времени различаются, было получено, когда исследователи повредили базальные ганглии птиц – область мозга, которая долгое время считалась важной для разучивания песен.
"Считалось, что существует одна схема для разучивания песен в целом," Ölveczky сказал. "Мы обнаружили, что если мы повредили базальные ганглии и повторили эксперимент со сдвигом высоты тона, птица больше не могла использовать информацию, полученную от нашей обратной связи, для изменения своего поведения – другими словами, она не могла научиться."
Однако эксперименты, направленные на изменение времени птиц, оказались столь же эффективными, поскольку предполагали наличие двух отдельных схем обучения, причем только одна из них затрагивала базальные ганглии.
По словам Олвецки, такая независимость и модульность имеют решающее значение, поскольку позволяют независимо изменять различные особенности поведения при изменении обстоятельств. Параллельное изучение различных функций также может ускорить процесс обучения и обеспечить гибкость, которую мы видим в пении птиц, и во многих моторных навыках человека.
"Если вы чему-то научитесь – это может быть ваша теннисная подача или это может быть любое поведение – и вам нужно замедлить или ускорить это, чтобы приспособиться к какой-то новой непредвиденной ситуации, вам не нужно полностью заново все это учить, вы можете просто изменить время, а все остальное останется точно таким же.
"Фактически, «медленная практика», техника, используемая многими учителями фортепиано и танцев, хорошо использует эту модульность," Ölveczky сказал. "Сначала учеников учат медленно выполнять движения пьесы. Как только они это усвоили, все, что им нужно сделать, это правильно выбрать время. Техника работает, потому что два процесса – моторная реализация и выбор времени – не мешают друг другу."
По словам Олвецки, исследователи надеются, что лучшее понимание того, как птицы осваивают сложные двигательные задачи, такие как пение уникальных песен, поможет пролить новый свет на нейронную основу обучения у людей.
"Для нас это вдохновение взглянуть на похожие типы вопросов у млекопитающих," он сказал. "Гибкость, с которой мы можем изменять пространственную и временную структуру нашей моторной продукции, подобна певчим птицам, но наше понимание того, как мозг млекопитающих реализует основной процесс обучения, далеко не так продвинуто, как у певчих птиц. Однако интригующие параллели как в схемах, так и в поведении позволяют предположить общий принцип того, как мозг анализирует процесс обучения двигательным навыкам."