По волновой активности мозга можно определить, какой механизм – сознательный или бессознательный – задействован при обучении чему-либо новому.

Когда мы учимся ездить на велосипеде и когда мы учимся играть в карты, наш мозг работает по-разному. Это на самом деле не так уж и очевидно – долгое время считалось, что мозг, чему бы он ни учился, всегда учится одинаково, пока нейробиологи не столкнулись со случаем Генри Молисона (знаменитого еще как пациент H. M.).

Занятия музыкой требуют одновременной работы эксплицитного и имплицитного механизмов обучения. (Фото: allegralchaple0 / Pixabay.)

Фрагмент электроэнцефалограммы человека с преобладанием α-ритма. (Иллюстрация: Andrii Cherninskyi / Wikimedia.)

Напомним, в чем там была суть. Молисон страдал эпилепсией, и чтобы избавить его от тяжёлых припадков, ему решили удалить определенные участки мозга. После операции припадки действительно прошли, однако у пациента началась амнезия. Она оказалась избирательной: например, после завтрака Генри Молисон тут же забывал, что только что ел, но при том у него по-прежнему формировались моторные навыки. Он мог с каждым разом всё лучше и лучше обвести по контуру рисунок звезды, глядя не на сам рисунок, а на его отражение в зеркале, хотя и не мог вспомнить, как он этим занимался раньше.

Благодаря Молисону и другим подобным случаям стало понятно, что мозг может учиться двумя способами. Сознательное обучение, когда мы можем впоследствии ясно сформулировать, что выучили, – стихотворение, грамматическое правило и т. д. – называется эксплицитным. Когда же все наоборот, то есть когда мы учимся как бы бессознательно, делаем что-то все лучше и лучше с каждым разом, но не можем конкретно сказать, что именно учим, – тогда говорят об имплицитном обучении. Его ещё часто называют моторной или мышечной памятью. Разумеется, очень многие задачи, например, занятия музыкой, задействуют одновременно оба вида обучения.

Отличить одно от другого на уровне нейронов до сих пор никому не удавалось, и о механизме обучения судили обычно по тому, какая область мозга наиболее активна (при эксплицитном – гиппокамп, при имплицитном – базальные ганглии), либо по скорости обучения (по эксплицитному механизму все усваивалось быстро, по имплицитному – медленно).

Исследователи из Массачусетского технологического института впервые выявили для обоих видов обучения соответствующие нейронные процессы. Эксперименты ставили с обезьянами, которые должны были решать разные задачи. В одном случае нужно было сравнивать два объекта и устанавливать, есть между ними связь или нет – здесь в обучении помогали как правильные ответы, так и неправильные. В задаче другого типа нужно было следить за разными зрительными стимулами, и здесь были важны только правильные ответы.

Иными словами, для шимпанзе создали модель эксплицитного обучения, когда ошибки осознаются и делаются соответствующие выводы на будущее, и модель имплицитного обучения, когда чем меньше ошибок, тем лучше, потому что неправильные действия ничего не дают.

Различия же проявились в волновой активности мозга, которую регистрировали с помощью электроэнцефалографии (ЭЭГ). При эксплицитном обучении у обезьян вслед за правильным ответом исследователи наблюдали выраженные α-2/β-волны (с частотой 10–30 Гц). Известно, что α-2/β-волны связаны с когнитивными функциями, такими как внимание, сознательный самоконтроль, анализ результата своих действий и т. д., и к тому же раньше замечали, что их генерирует гиппокамп. Как пишут исследователи в своей статье в Neuron, всплеск α-2/β-волн у обезьян, по-видимому, отражает работу специализированных нейронных контуров, берущих начало в гиппокампе и ответственных за эксплицитное обучение. Поскольку по мере обучения α-2/β-волны спадали, исследователи предположили, что они появляются тогда, когда мозг строит модели задачи, соответственно, α-2/β-волны ослабевают, когда модель уже построена.

При имплицитном же обучении у обезьян вслед за правильным ответом усиливались δ/θ-волны (3–7 Гц), и по мере обучения также ослабевали. Известно, что θ-активность связана с обучением, памятью и разрешением трудных ситуаций, когда в ходе обработки информации возникают какие-то конфликты и ошибки. δ/θ-волны широко распространялись по мозгу, и это, возможно, говорит о том, что эксплицитное обучение связано с глобальными изменениями состояния нейронов в мозге, а не со срабатыванием специфических нейронных контуров в гиппокампе.

Выявляя механизм обучения по его волновой картине, можно подбирать более эффективные обучающие методики. Например, если мы установили, что кто-то полагается больше на имплицитное обучение, значит, он учится лучше за счёт положительной обратной связи от своих действий, чем за счёт отрицательной, и мы можем в соответствии с этим изменить схему обучения. С другой стороны, известно, что при развитии нейродегенеративных заболеваний (таких, как синдром Альцгеймера) начинает преобладать имплицитный механизм обучения, так что анализ волновой активности может помочь распознавать такие расстройства на ранних стадиях.