Правила игры меняются

Авторы работы обучали задаче в Y-образном лабиринте четырех крыс. Животное сажали в стартовый отсек лабиринта и приучали выбирать один из двух рукавов, в котором его ожидало лакомство — шоколадное или клубничное молоко. Правильный рукав нужно было выбрать исходя из его положения (правый или левый) или исходя из того, освещен рукав или нет. Поведение крысы и заходы в рукава регистрировали при помощи фотодетекторов и видеокамеры.

Сначала крысу обучали находить лакомство в правом рукаве. Когда она начинала правильно выбирать рукав в 10 случаях из 12, правила меняли: молоко ждало крысу в освещенном рукаве. Освещали один либо другой рукав в случайном порядке. Когда крыса обучалась этой задаче, правила снова меняли и подкрепляли заход в левый рукав. На последнем этапе правильным был рукав неосвещенный. Итого за время эксперимента каждой крысе пришлось освоить четыре разные стратегии.

Обучение сочетали со сном. Крысе позволяли поспать перед каждой обучающей сессией. Она устраивалась в круглой камере внутри лабиринта, где ее 20−30 минут никто не беспокоил. Затем следовало 20−40 минутное обучение, а потом крыса вновь спала в лабиринте. Ученые регистрировали активность ее мозга во время сна перед обучением, во время обучения и во время сна после.

Для этого за две недели до эксперимента в правую медиальную префронтальную кору и в поле CA1 гиппокампа крыс вживили микроэлектроды, способные регистрировать активность нейронов. Медиальная префронтальная кора считается областью мозга, участвующей в принятии решения. Гиппокамп играет ключевую роль в формировании памяти.

Нейроны во сне повторяют урок

Когда крыса обучалась выбирать рукав по тому или иному правилу, определенные ансамбли нейронов префронтальной коры разряжались. А когда она после выученного урока спала, ученые зарегистрировали периодически возникающие разряды в тех же самых нейронах. Эти электрические явления наблюдались у крысы только во время сна после обучения, но не до него.

Активность наблюдалась и в гиппокампе в виде характерных комплексов острых волн — коротких (50−150 мс) вспышек активности. Эти комплексы ученые связывают с активной работой гиппокампа по формированию памяти.

Ученые сделали временной анализ активности нейронов префронтальной коры и гиппокампа и убедились, что эти явления совпадают по времени. Более точно, комплексы острых волн в гиппокампе возникали примерно на 40 мс раньше, чем вспышки ансамбля нейронов префронтальной коры. Надо сказать, что между этими структурами мозга много анатомических связей.

Биологи рассматривают эти электрические явления как признаки того, что между гиппокампом и префронтальной корой во время сна идет диалог и обмен информацией. Причем гиппокамп, по-видимому, инициирует процесс взаимодействия. По мнению ученых, это отражает формирование долговременной памяти, происходящее во время сна после обучения.