Введение в обучение и память

Обучение и память — это две тесно связанные когнитивные функции, которые имеют основополагающее значение для нашей способности осмысленно взаимодействовать с миром. Обучение – это процесс получения новой информации о мире. Память — это удержание или хранение такой информации, как ряд чисел.

В этом видео представлен краткий обзор концепций обучения и памяти, представлены ключевые вопросы, заданные учеными в этой области, описаны некоторые известные методы и, наконец, обсуждаются реальные эксперименты в этих областях.

Давайте начнем с изучения некоторых концепций, которые отличают различные типы обучения и памяти.

Исследования показали, что обучение можно разделить на два основных класса. Во-первых, существует неассоциативное обучение, при котором свойства стимула усваиваются путем однократного или многократного воздействия. Этот тип обучения обычно принимает одну из двух форм.

Первая форма, привыкание, — это когда реакция на стимул снижается или ослабевает после повторных предъявлений. В этом примере мышь демонстрирует сниженную реакцию на громкий шум после того, как услышала его много раз.

Вторая форма, называемая сенсибилизацией, представляет собой повышенную реакцию на широкий спектр стимулов после интенсивного или вредного стимула. В этом примере мышь также подвергается воздействию громкого, вредного звука и продолжает пугаться в ответ на более мягкие, более приятные звуки. Он научился реагировать так, как будто все звуки неприятны.

Вторым основным классом обучения является ассоциативное обучение, в ходе которого устанавливается связь между двумя стимулами, или поведением и стимулом.

Первая форма, оперантное обусловливание, использует подкрепление и наказание для изменения ассоциации стимул-поведение. В этом примере голубь научился клевать коробку вправо всякий раз, когда появляется зеленый стимул для получения пищи. Другими словами, правильное поведение при клевании положительно подкрепляется.

Вторая форма, классическое обусловливание или «павловское» обусловливание, заключается в том, что нейтральный стимул, такой как звук, сочетается с интенсивным стимулом, таким как шок, чтобы вызвать стереотипное поведение. В этом примере мышь учится ассоциировать нейтральный стимул, громкий шум, с интенсивным шоковым стимулом, который заставляет мышь подпрыгивать.

После обусловливания мышь реагирует только на нейтральный тональный стимул, останавливая движение или замирая в ожидании шока. На этом графике черная линия показывает, что мыши, обусловленные спариванием тон-шок, замирают больше при последующем воздействии только тона, чем мыши, которые только слышали тон.

Исследования памяти также показали, что ее можно разделить на два основных типа. Кратковременная, или рабочая память, работает как блокнот, где информация, такая как запоминание последовательности чисел, хранится достаточно долго, чтобы выполнить задачу — например, произнесение чисел, — а затем отбрасывается.

Долговременная память предназначена для хранения информации в течение дней, недель или даже всей жизни. Одним из подтипов долговременной памяти является эксплицитная или декларативная память. Эти воспоминания представляют собой сознательные воспоминания, которые могут быть либо эпизодическими воспоминаниями о конкретных событиях, таких как вечеринка, так и семантическими воспоминаниями о конкретных знаниях о предмете, который вы узнали.

Второй подтип – это имплицитные или процедурные воспоминания, которые выражаются бессознательно. В качестве примера можно привести моторную память о сложном движении, таком как равновесие на бревне.

Теперь, когда мы рассмотрели некоторые концепции обучения и памяти, давайте рассмотрим некоторые ключевые научные вопросы, которые задают ученые-бихевиористы.

Некоторых ученых интересует, как окружающая среда влияет на обучение и память. Ученые могут задаться вопросом, как эмоции влияют на обучение и память. Было доказано, что эмоциональные образы запоминаются лучше, чем нейтральные. Ученые также могут задаться вопросом, помогает ли сон запоминанию. В этом исследовании участники, которые спали после тренировки, лучше запоминали, чем те, кто не спал, о чем свидетельствует разница между красной и серой линиями.

Другие исследователи заинтересованы в определении функциональных и молекулярных механизмов обучения и памяти. Они могут спросить, какие области мозга активны, показаны желтым цветом, во время выполнения конкретных заданий на обучение и память, и какова взаимосвязь между этими областями.

Некоторые исследователи изучают обучение и память у других животных, таких как грызуны, птицы и мухи. Изучая животных, можно получить представление о физиологических процессах, таких как активность нейронов и участие конкретных молекул, которые управляют обучением и формированием памяти у людей.

Одним из важных вопросов в исследованиях обучения и памяти является выяснение изменений, которые происходят с возрастом. Хорошо известно, что производительность и удержание памяти снижаются с возрастом. По этой причине ученые активно работают над поиском способов уменьшения влияния старения на обучение и память.

Теперь, когда вы получили представление о некоторых ключевых вопросах об обучении и памяти, давайте рассмотрим некоторые из основных методов, которые используются учеными-бихевиористами.

Существует множество поведенческих тестов, используемых для изучения обучения и памяти у людей и грызунов. Одним из популярных тестов, используемых для изучения классического обусловливания, является обусловливание страха, когда в показанном здесь примере мышь учится ассоциировать звук с ударом ногой.

Лабиринты, как в воде, так и на рельсах, широко используются для изучения оперантного обусловливания и пространственной памяти. Здесь крыса научилась перемещаться в нужное место в лабиринте в зависимости от сигнала.

Кратковременная память, или рабочая память, может быть оценена с помощью так называемой задачи N-назад, где испытуемый указывает, появлялось ли текущее изображение ранее n-образным. Чем больше изображений между повторами, тем сложнее его запомнить.

Ученых-бихевиористов также интересуют механизмы мозга, которые обеспечивают обучение и память.

На сегодняшний день существует множество неинвазивных методов исследования нейронных коррелятов. Функциональная магнитно-резонансная томография, или фМРТ, отслеживает уровень кислорода в крови в качестве показателя активности мозга. Магнитоэнцефалография, или МЭГ, картирует активность мозга, регистрируя изменения магнитных полей, производимых электрической активностью в мозге.

Еще одним методом, используемым учеными-бихевиористами для оценки активности мозга во время обучения и запоминания, является электроэнцефалография, или ЭЭГ, которая использует электроды на черепе для мониторинга электрической активности в мозге.

Теперь, когда вы познакомились с основными методами, используемыми для изучения обучения и памяти, давайте рассмотрим некоторые реальные эксперименты.

Одной из областей исследований является выяснение влияния и возможных методов лечения старения на обучение и память. Для этого исследования некоторые ученые используют задачу по изучению маршрута в лабиринте с мышами разного возраста. Время и маршруты, пройденные для прохождения лабиринта, записываются. Результаты показывают, что пожилым мышам, представленным черной полосой, потребовалось почти в два раза больше дней, чтобы изучить правильный маршрут через лабиринт, чем молодым мышам.

Вторая область исследования заключается в том, чтобы выяснить, можно ли манипулировать воспоминаниями, особенно травматическими, или стирать их после того, как они были сформированы. Один из подходов заключается в том, чтобы исследовать, существуют ли критические периоды времени после события, когда память может быть уменьшена или стерта. В этом исследовании испытуемые учатся ассоциировать квадрат определенного цвета с легким ударом по пальцам рук, что называется обусловливанием страха. Далее используются различные протоколы ингибиторного обучения для создания новых, безопасных воспоминаний о цвете, связанном с шоком. Результаты показывают, что если через десять минут после обусловливания страха создаются безопасные воспоминания, то память о страхе может быть погашена.

Третья область исследований заключается в том, чтобы сделать обучение более эффективным. В последнее время технология видеоигр используется для исследования обучения и памяти в сочетании с записью активности мозга на ЭЭГ. Затем можно проанализировать мозговую активность испытуемого в разные моменты игры, чтобы понять, как обучение и память реализуются во время игры.

Вы только что посмотрели введение в обучение и память от JoVE. Мы представили краткий обзор концепций обучения и памяти, представили ключевые вопросы, которые задают ученые в этой области, описали некоторые из основных методов и, наконец, обсудили их применение. Спасибо за просмотр!