Перерывы во время обучения серьезно улучшают запоминание моторных навыков. Ученые исследовали влияние таких перерывов на моторную память и процессы, происходящие на нейрональном уровне. Оказалось, что после выучивания некоторого навыка нейроны кратко, примерно в 20 раз быстрее, «проигрывают» ту активность, которая была в момент обучения. Процессу, за счет которого мы лучше усваиваем навыки, посвящена статья в журнале Cell Reports.
Credit: public domain
Все мы слышали про пользу интервального повторения. Если вы учите какой-либо материал, гораздо лучше это делать не за один раз (например, ночью перед экзаменом), но в несколько походов, постоянно повторяя материал. В таком случае мы забываем меньше и храним знания дольше, как установил в своих экспериментах Герман Эббингауз, предложив знаменитую «кривую забывания».
Однако гораздо меньше мы слышим об эффективности интервальных перерывов между актами обучения. Ученые из США, Германии и Франции показали, что короткие перерывы просто необходимы для того, чтобы лучше усвоить любой моторный навык.
Как отметили исследователи в своей статье, для овладения моторным навыком, будь то печатание на клавиатуре или игра на пианино, может понадобиться разное количество подходов / уроков / сеансов обучения. Их число зависит от того, делаем ли мы короткие перерывы между актами обучения. Здесь подчеркнем, что имеется в виду отдых между подходами (упражнениями, если хотите) при тренировке навыка, а не между уроками или семинарами. Наличие короткого перерыва существенно ускоряет процесс обучения.
Ученые предположили, что во время таких коротких перерывов происходит консолидация навыка. Она проявляется в том, что нейроны, ранее активные в момент обучения действию, вновь повторяли данную активность уже в отсутствии этого действия. При том за один интервал таких повторений может быть несколько.
Исследователи предлагали респондентам обучиться навыку печатания конкретной последовательности стимулов. Все, что должны были делать участники — это правильными пальцами нажимать правильные клавиши в определенном порядке. Например, набирать как можно больше раз (сохраняя правильность) последовательность «41324» в течение 10 секунд. После 10-секундного занятия шел перерыв (тоже 10 секунд), после чего участники повторно набирали последовательность. Всего было 36 таких упражнений.
Все участники были поделены на 3 группы. В первой группе последовательность типа «41324» людям предлагалось вводить в правильном порядке (экспериментальная группа). Во второй экспериментальной группе – в обратном (то есть «43214»). В третьей группе последовательность цифр постоянно менялась (контрольная группа).
Для того, чтобы «увидеть» нейрональную активность, ученые применили магнитоэнцефалограф (МЭГ). Они измеряли активность мозга в течение 5 минут до выполнения эксперимента, во время выполнения эксперимента и через 5 минут после. Схема эксперимента представлена ниже.
Credit: Leonardo G. Cohen et al. / Cell Reports 2021
Из полученных результатов видно, что наибольший эффект обучения достигается во время первых 11 упражнений (график слева). Этот эффект измеряется как количество правильных нажатий на клавиши, разделенное на время, которое было необходимо для запоминания. Таким образом, эффект от обучения может быть обусловлен как правильной координацией пальцев, так и более быстрым выполнением задачи.
На правом графике видно, что улучшение результатов наблюдалось именно после перерыва. Это улучшение было измерено как разность между правильным введением последовательности в конце одного упражнения и начале другого.
Credit: Leonardo G. Cohen et al. / Cell Reports 2021
Чтобы обнаружить активность нейронов, ученые анализировали данные МЭГ. Они выделили функциональные зоны мозга, активность которых коррелировала с движениями пальцев.
На графике ниже можно увидеть, что длительность нейронального «проигрывания» оказалась достаточно маленькой. Самая частая длительность – 50 мс (график слева), которая была наибольшей не в момент до или после эксперимента, но именно во время отдыха при обучении. Как показывает изображение справа, такая повышенная активность наблюдалась только в экспериментальных группах. В контрольной группе такого эффекта не наблюдалось (график справа).
Credit: Leonardo G. Cohen et al. / Cell Reports 2021
Анализируя активность нейронов, ученые установили, что она в период 10-секундной передышки повторяется несколько раз, при том, что интересно, группами или парами. Между парами нейронального проигрывания интервал составлял, как правило, менее 200 мс.
Как оказалось после анализа, длительность нейронального «проигрывания» навыка была приблизительно в 20 раз меньше, чем время выполнения самого действия (то есть одного акта набора последовательности на клавиатуре). Исследуя области мозга, связанные с такой активностью, ученые выяснили, что ее можно наблюдать в сети между гиппокампом / энторинальной корой и сенсомоторной корой.
Credit: Leonardo G. Cohen et al. / Cell Reports 2021
Такое проигрывание нельзя объяснить ментальным воображением движений или повторением последовательности цифр про себя, так как оба процесса, по данным других исследований, занимают более 1 секунды. Здесь же нейрональное «проигрывание» занимало чаще всего 50 мс. Интересно, что подобный эффект наблюдался в обеих экспериментальных группах (при правильной и обратной последовательности цифр). Другими словами, такое поведение нейронов было специфичным для моторного научения. Это видно ниже по графику в сравнении с теми последовательностями, которые вводили участники контрольных групп.
Credit: Leonardo G. Cohen et al. / Cell Reports 2021
Что может означать такое «проигрывание»? Возможно, оно связано с ответом сенсомоторной коры на сигнал гиппокампа и энторинальной коры, которые словно кодируют последовательность движений, формируют ее схему выполнения. Кора, в свою очередь, создает пространственно-временную карту движения, определяет кинематику каждого его конкретного элемента (когнитивную карту). И, судя по всему, синхронизация данных областей важна для успешного моторного обучения.
Текст: Никита Отставнов
Consolidation of human skill linked to waking hippocampo-neocortical replay by Ethan R. Buch, Leonardo Claudino, Romain Quentin, Marlene Bonstrup, Leonardo G. Cohen in Cell Reports. Published June 2021. https://doi.org/10.1016/j.celrep.2021.109193
