Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова

Однократное обучение или обучение с одной попытки (one-trial learning) представляет собой важнейший эволюционный механизм, который позволяет животным и человеку быстро запоминать жизненно важные события и адаптироваться к динамичным изменениям в окружающей среде. В данной статье представлен обзор различных парадигм однократного обучения, включая пассивное избегание, вкусовую аверсию, условно-рефлекторное замирание, а также модели на основе ассоциаций с пищевым подкреплением, распознавания места объекта и социального обучения. Экспериментальные модели однократного обучения охватывают многие виды животных и различаются по экологической валидности, сенсорной модальности, типу условных стимулов, валентности подкрепления, а также паттерну мозговых структур, вовлеченных в обучение в той или иной модели, что позволяет исследовать широкий спектр когнитивных процессов. Быстрота формирования памяти в этих парадигмах предоставляет уникальные возможности для контроля экспериментальных переменных и минимизации артефактов. Кроме того, четкое выделение момента обучения в этих моделях делает их незаменимыми для исследований фаз консолидации памяти и их нервных механизмов, особенно нейронной и синаптической пластичности на самых ранних стадиях этого процесса. Благодаря всему этому модели однократного обучения представляют собой мощный инструмент для изучения фундаментальных нейробиологических механизмов памяти и обучения, а также могут способствовать разработке новых подходов к лечению когнитивных расстройств, связанных с нарушениями памяти, таких как амнезия и посттравматическое стрессовое расстройство. Кроме того, выявленные с их использованием закономерности могут стать основой для разработки алгоритмов быстрого обучения для искусственного интеллекта.

Связь между субкомпонентами волны P300 в структуре зрительного вызванного потенциала и пространственным зрительным вниманием остается недостаточно изученной. В эксперименте с применением модифицированной трехстимульной «одбол»- (ориг. «oddball») парадигмы было показано, что при фокусировании открытого зрительного внимания волна P300 обладает свойствами субкомпонента P3b – средней латентностью пика и теменно-затылочной локализацией источников в области язычной и поясной извилины, а также предклинья. В случае скрытого внимания полученный субкомпонент оказывается похож на субкомпоненты P3a и nP3 (фронтальная локализация источников вкупе с увеличенной латентностью пика). Полученные данные могут быть использованы для расширения представлений о связи волны P300 и системы зрительного внимания, а также при разработке нейроинтерфейсных систем, использующих различные формы пространственного зрительного внимания.

Нейрореабилитация двигательных функций с помощью нейроинтерфейса с обратной связью – современное перспективное направление исследований. Однако в литературе имеется очень мало данных о степени активации мышц во время воображения движений нижних конечностей, что является немаловажным аспектом в реабилитации. Работа посвящена анализу ЭМГ-активности мышц нижних конечностей 42 здоровых участников эксперимента при работе с нейроинтерфейсом, основанным на кинестетическом воображении тыльного сгибания стоп и дополненным робототехническим устройством перемещения конечностей «Биокин» (механотренажер), активируемым в случае успешного воображения движений. Показано, что работа с нейроинтерфейсом в среднем по всем участникам эксперимента приводит к увеличению на 50–70% активности мышцы, движение которой обеспечивает в реальности воображаемое движение, – передней большеберцовой мышцы (tibialis anterior, TA). Кроме того, увеличивается активность икроножной мышцы – антагониста TA, что связано, по-видимому, с инструкцией воображать, но не делать движение. Активация механотренажера (АМ) дополнительно увеличивает ЭМГ-активность TA (до 100–200%) и слабо, но значимо (на 3–5%) уменьшает активность мышц бедра (четырехглавых и левой двуглавой мышцы). Следовательно, АМ увеличивает адресность воздействия нисходящего сигнала, возникающего при воображении движения. Реакции мышц на воображение движения являются индивидуальными. Таким образом, применение нейроинтерфейсов, основанных на воображении тыльного сгибания стоп, и использование механотренажера, обеспечивающего замыкание петли обратной связи при воображении этого движения, способствует адресной активации TA – мышцы, обеспечивающей тыльное сгибание стопы, что имеет значение для клинической реабилитации движений паретичной стопы.

Исследование посвящено изучению нейрофизиологических коррелятов предвзятости подтверждения отношения к вакцинации с использованием данных вызванных потенциалов, связанных с фиксацией взгляда (fixation related potential). В рамках лабораторного эксперимента был применен методологический подход интеграции айтрекинга и электроэнцефалографии (ЭЭГ), что позволило синхронизировать данные о движении глаз с биоэлектрической активностью мозга. Участникам, обладавшим выраженным позитивным или негативным отношением к вакцинации от COVID-19, предлагалось читать тексты о вакцинации, содержащие позитивные, негативные и нейтральные утверждения, при этом регистрировались их реакции в условиях конгруэнтности и неконгруэнтности валентности текста имплицитному компоненту отношения, измеренного при помощи теста имплицитных ассоциаций (implicit association test). Результаты исследования продемонстрировали значимые различия в нейрофизиологических ответах, включая усиление амплитуд вызванного потенциала в неконгруэнтных условиях для компонентов P200, P300, N350 и N400. Характер ответа указывает на активацию избирательного внимания и усиленную перцептивную обработку стимулов (Р200), перераспределение ресурсов внимания и формирование когнитивного диссонанса (Р300), эмоциональную категоризацию (N350) и семантическое, в том числе валентное, рассогласование (N400). Полученные результаты подчеркивают высокую чувствительность метода выявления потенциала, связанного с фиксацией взгляда, к когнитивным и эмоциональным аспектам восприятия информации. Предлагаемый в исследовании методологический подход увеличивает экологическую валидность исследования, открывая перспективы для изучения имплицитных когнитивных процессов в естественных условиях восприятия текста.

Социальная изоляция является умеренным стрессором, длительное действие которого может приводить к развитию психических нарушений и увеличению смертности от разных причин, особенно у людей старшего возраста. У животных социальная изоляция также является стрессорным фактором. В работе проведено исследование влияния длительной 14-недельной изоляции на неассоциативное обучение у крыс аутбредного стока Wistar, а также генетически родственных нормотензивных крыс линии WKY и спонтанно-гипертензивных крыс линии SHR. Работа выполнена на самцах 9–10-месячного возраста, часть которых размещали в индивидуальных клетках, а остальных содержали в группах. Неассоциативное обучение (габитуацию) изучали в тесте «открытое поле». Кратковременную габитуацию оценивали по изменению локомоторной активности и числа стоек в течение первого сеанса. Долговременную габитуацию оценивали при проведении повторного теста через 96 ч. Крысы Wistar демонстрировали как кратковременную, так и долговременную габитуацию, и изоляция нарушала обе формы. У контрольных крыс линии WKY наблюдалась кратковременная габитуация, а долговременная была нарушена, в то время как у крыс SHR неассоциативное обучение было нарушено полностью. Длительная изоляция не оказывала дополнительного влияния на исследованные показатели поведения у крыс WKY и SHR. Таким образом, у гипертензивных крыс SHR было нарушено неассоциативное обучение, а изоляция, вызывавшая нарушение неассоциативного обучения у крыс Wistar, не влияла на этот вид обучения у крыс генетически родственных линий WKY и SHR.