После тренировки стимуляция блуждающего нерва позволила мышам лучше зафиксировать двигательный навык: положительный эффект наблюдался в последующие дни, а не сразу во время выполнения задания. Кроме того, исследователи из японского Университета Тохоку выявили корреляцию между успешностью обучения и ритмическими колебаниями объема крови в мозжечке. Почему посттренировочные процессы могут играть роль в сохранении навыка и какое значение имеют сигналы от тела — в материале «Известий».

Занятие завершается, закрепление продолжается

Успешное выполнение движения на занятии и сохранение приобретенного навыка в последующие дни — это разные исходы. В новом исследовании авторы сконцентрировались на посттренировочных процессах, которые способны поддерживать долгосрочное обучение.

Ученые проверили, может ли стимуляция периферического нерва повлиять на закрепление моторного навыка. Подобный метод дает возможность исследовать роль сигналов тела в изменениях, происходящих в мозге.

Справка «Известий»

Блуждающий нерв — один из главных каналов связи между внутренними органами и мозгом. Информация по нему идет в обе стороны: мозг получает данные о состоянии тела и отправляет сигналы, управляющие работой органов.

В ходе эксперимента исследователи воздействовали на этот нервный путь посредством электрической стимуляции. Их интересовал не только итог обучения, но и сопутствующие мозговые изменения.

Каким образом мышей обучали отслеживать движущиеся полосы

В работе применялась задача на горизонтальную оптокинетическую реакцию — непроизвольные движения глаз при наблюдении за движущимся изображением. Мыши осваивали более результативное отслеживание перемещающихся зрительных полос.

Аналогичную реакцию можно заметить у человека, стоящего на платформе и наблюдающего за проходящим поездом: глаза сопровождают движение, после чего возвращаются в исходное положение. В лабораторном задании авторы оценивали, как эта реакция изменяется по мере обучения.

Данный вид моторной адаптации завязан на функционировании мозжечка. Он дает возможность исследовать конкретный навык, у которого можно измерить результат и отследить его динамику на протяжении нескольких дней.

Специалисты создали компактный манжеточный электрод и фиксировали его вокруг левого блуждающего нерва в шейной зоне мыши. Эта конструкция давала возможность проводить многократную стимуляцию после тренировок.

Влияние стимуляции проявлялось в последующие дни

Главная особенность эксперимента состояла в моменте воздействия: стимуляцию выполняли после каждого тренировочного сеанса. Непосредственно во время тренировки мгновенного улучшения показателей не выявили. Отличия проявлялись позднее: в последующие дни мыши, которым проводили стимуляцию, демонстрировали более заметное долгосрочное обучение.

Авторы полагают, что подобная динамика свидетельствует о вероятном воздействии на механизмы закрепления навыка. В нейробиологии эти процессы связывают с консолидацией — преобразованием полученного опыта в более стабильные изменения, поддерживающие память.

«Главное здесь то, что стимуляцию блуждающего нерва проводили только после тренировки», — подчеркнул профессор Университета Тохоку Ко Мацуи.

Ученый высказал предположение, что стимуляция способна формировать дополнительное «окно возможностей» для обучения, повышая восприимчивость внутренней среды мозга к долговременным изменениям. Вместе с тем эксперимент не определил универсальную длительность такого окна. Авторы тестировали конкретный вариант воздействия после определенной двигательной задачи.

Какие изменения наблюдались в сосудах мозга

Одновременно исследователи анализировали колебания локального объема крови возле клочка мозжечка — зоны, задействованной в изучаемой зрительно-моторной адаптации. Для наблюдения применялась волоконная фотометрия. Этот метод давал возможность фиксировать оптические сигналы, обусловленные изменениями объема крови в заданной области.

Одиночный сеанс стимуляции запускал двухфазный ответ: локальный объем крови сначала кратковременно уменьшался, а потом с отсрочкой возрастал. При повторных воздействиях эти сдвиги складывались в ритмические осцилляции.

У грызунов, демонстрировавших более сильные колебания, показатели обучения к пятому дню обычно оказывались выше. Это дало основание предположить, что сосудистый ответ может быть сопряжен с условиями, способствующими закреплению навыка.

В то же время замер объема крови не обеспечивает исчерпывающей картины кровоснабжения и метаболизма. Исследователи не оценивали напрямую потребление кислорода или параметры энергетического обмена, поэтому механизм данной взаимосвязи еще нуждается в уточнении.

Зачем обучение рассматривают в связке с состоянием организма

Как пояснил Мацуи, данная работа развивает изучение условий, в которых происходят перестройки нервных связей. Для обучения значима не только нейронная активность, но и окружающая клетки среда.

Функционирование нервных клеток зависит от поступления кислорода и питательных веществ, взаимодействия с другими клетками и общего физиологического состояния организма. В связи с этим сигналы от внутренних органов могут быть интересны как один из факторов, определяющих условия для обучения.

Как правило, влияние стимуляции блуждающего нерва исследуют через нейромодуляцию — модификацию активности систем, задействующих химические медиаторы. Авторы данной статьи предлагают дополнительно учитывать сосудистую динамику.

«Наш мозг может сильнее зависеть от влияния тела, чем мы предполагаем», — отметил первый автор исследования Цзюньюй Чэнь.

С его точки зрения, исследование метаболической среды мозга, в том числе ритмических изменений сосудов, в будущем способно помочь разобраться, как поддерживать обучаемость. На данный момент это лишь вектор для дальнейших изысканий, а не доказанный метод улучшения навыков у людей.

Что уже подтверждено, а что требует дополнительной проверки

Исследователи выяснили, что посттренировочная стимуляция улучшала долгосрочное обучение в рамках примененной мышиной модели. Кроме того, они зафиксировали сосудистые осцилляции и их корреляцию с последующими результатами.

Однако это не подтверждает, что именно колебания послужили причиной улучшения. В комментарии к статье Мацуи особо отмечает, что обнаруженная взаимосвязь является корреляционной. Стимуляция могла запускать несколько механизмов, вклад которых предстоит разграничить в будущих экспериментах.

Помимо этого, исследование сфокусировано на одном типе моторной адаптации у мышей. Оно не демонстрирует, что схожее воздействие поможет человеку быстрее освоить иностранный язык, научиться играть на музыкальном инструменте или эффективнее запоминать учебный материал.

Дальнейшие исследования будут нацелены на уточнение параметров стимуляции и ее воздействия на сосудистые и метаболические процессы. Это даст возможность проверить, какие сдвиги действительно требуются для закрепления навыка и в какой мере выводы применимы к иным формам обучения.