Jak se mozek učí a přizpůsobuje se chování
Prozkoumat, jak mozek učí, přizpůsobuje se a zdokonaluje své chování, je jednou z velkých výzev současné vědy. Skupina japonských vědců nyní částečně rozluštila toto tajemství, když zjistila, že neexistují pevně stanovené cesty k získání pravidel a dovedností: klíčem je neustálá přestavba neuronální aktivity.
Vědci z Toyamské univerzity prokázali, že mozek se učí a aplikuje pravidla nikoli vždy stejnými cestami, ale dynamičtě reorganizuje signály mezi svými neurony. Potvrzuje to studie publikovaná v časopise Molecular Brain, kde tým vedený docentem Shuntarōm Ohnem zjistil, že v myších se mediální prefrontální kůra (klíčová oblast mozku) neustále přizpůsobuje své vnitřní zprávy, jak se zvířata učí, což umožňuje flexibilní adaptaci chování.
Představte si mozek jako orchestr, který interpretuje melodii. Ne vždy stejné nástroje hrají stejné tóny: podle skladby a fáze učení dirigent (v tomto případě prefrontální kůra) přiděluje různé hudebníky nebo mění rytmus, aby dosáhl dokonalé harmonie.
Nástroj iSeq a analýza neuronálních sekvencí
Ve studii vědci trénovali myši na úkolu, kde musely čekat na světlo a poté jít k nádobě s vodou; pokud olízly v pravý čas, dostaly odměnu. Po několika dnech tréninku se myši staly rychlejšími a efektivnějšími, i když cesta, kterou sledovaly, se nezměnila. Co se však změnilo, byla „melodie“ uvnitř jejich neuronů.
Díky speciální technice (kalciová zobrazovací technika) vědci pečlivě sledovali, jak se stovky neuronů komunikovaly během procesu učení. Aby tyto údaje analyzovali, navrhli nástroj zvaný iSeq, jako by to byla ultra přesná kamera, která snímá každý pohyb hudebníků v orchestru, aniž by bylo nutné znát partituru.
Tak zjistili, že na začátku vzorce neuronů neumožnily odhadnout, zda myš bude mít úspěch. Ale po několika dnech se změny v těchto „sekvencích“ staly předzvěstí: bylo možné předpovědět, zda získá odměnu ještě před tím, než jednala.
Ohno vysvětlil, že iSeq umožnil vidět vnitřní fungování mozku na úrovni detailů, jakou předtím nebylo možné dosáhnout. Zjistili, že jak se myši učily, prefrontální kůra reorganizovala své vnitřní signály, aby zdůraznila akce, které pravidelně vedly k odměně. A něco ještě překvapivějšího: neurony odpovědné za každou „část melodie“ se časem měnily, což znamená, že mozek nepoužívá vždy stejné skupiny buněk, ale znovu programuje své okruhy, když se chování zlepšuje.
Proč je tento objev důležitý?
Tyto výsledky ukazují, že pravidla, kterými se mozek řídí během učení, nejsou pevná a nejsou uchovávána jedním způsobem, ale spíše jsou řetězci událostí, které se mění s každou zkušeností. Tato flexibilita nám umožňuje lépe reagovat a být schopnější, čím více praxe máme v určitém úkolu.
Pochopení, jak k tomu dochází, nám poskytuje nové myšlenky o mentální kontrole, formování návyků a schopnosti přizpůsobit se. Kromě toho, že nám to pomáhá pochopit, jak myslíme a učíme se, tato studie otevírá nové směry pro vytváření lepších rehabilitačních postupů po poranění mozku a pro navrhování systémů umělé inteligence schopných napodobit biologickou flexibilitu. Nástroje jako iSeq umožní v budoucnu zkoumat tyto mozkové dynamiky jak v jiných částech mozku, tak u různých zvířat.
I když se výzkum zaměřil na myši, autoři věří, že jejich objevy poskytují základ pro pochopení, jak se lidský mozek učí pravidla a mění chování. Nakonec studie ukazuje, že to, co je pro flexibilitu a učení zásadní, není tolik pevná struktura mozkových spojení, ale spíše dočasné vzory aktivity, které se neustále mění a přizpůsobují, aby nám umožnily učit se a zlepšovat.
