JAK SE LIDSKÝ MOZEK UČÍ? - NEUROPSYCHOLOGIE - 2025

Náš mozek se učí ze zkušeností: tváří v tvář prostředí mění naše chování změnou nervového systému (Carlson, 2010). Navzdory skutečnosti, že nám stále nejde o přesné a na všech úrovních každý z neurochemických a fyzických mechanismů, které se tohoto procesu účastní, různé experimentální důkazy nahromadily poměrně rozsáhlé znalosti o mechanismech zapojených do procesu učení.

Mozek se mění po celý náš život. Neurony, které jej skládají, mohou být modifikovány v důsledku různých příčin: vývoj, trpící nějakým typem poškození mozku, vystavení stimulaci životního prostředí a zásadně v důsledku učení (BNA, 2003).

Základní charakteristika učení mozku

Učení je základní proces, který je spolu s pamětí hlavním prostředkem, který se mají živé bytosti přizpůsobit opakujícím se změnám našeho prostředí.

Termín učení se používá k označení skutečnosti, že zkušenost způsobuje změny v našem nervovém systému (NS), které mohou být dlouhodobé a mohou zahrnovat změnu na úrovni chování (Morgado, 2005).

Samotné zkušenosti mění způsob, jakým naše tělo vnímá, jedná, přemýšlí nebo plánuje, úpravou NS, měnící obvody, které se těchto procesů účastní (Carlson, 2010).

Tímto způsobem, když naše tělo interaguje s prostředím, dojde k změnám v synaptických spojeních našeho mozku, mohou se navázat nová spojení, ta, která jsou užitečná v našem behaviorálním repertoáru, nebo jiná, která nejsou užitečná nebo účinná, zmizí (BNA, 2003).

Pokud tedy učení souvisí se změnami, které se vyskytují v našem nervovém systému v důsledku našich zkušeností, můžeme po sloučení těchto změn hovořit o vzpomínkách. (Carlson, 2010). Paměť je jev odvozený z těch změn, ke kterým dochází v NS a dává smysl pro kontinuitu našich životů (Morgado, 2005).

Vzhledem k rozmanitým formám učení a paměťových systémů se v současnosti předpokládá, že proces učení a vytváření nových vzpomínek závisí na synaptické plasticitě, což je fenomén, díky kterému neurony mění svou schopnost vzájemně komunikovat (BNA, 2003).

Druhy učení mozku

Před popisem mozkových mechanismů zapojených do procesu učení bude nutné charakterizovat různé formy učení, v rámci kterých můžeme rozlišit alespoň dva základní typy učení: neasociativní učení a asociativní učení.

-Neasociativní učení

Neasociativní učení se týká změny funkční odpovědi, ke které dochází v reakci na prezentaci jediného podnětu. Neasociativní učení může být zase dvou typů: návyk nebo senzibilizace (Bear et al., 2008).

Habituace

Opakovaná prezentace stimulu vede ke snížení intenzity reakce na něj (Bear et al., 2008).

Příklad: pokud jste bydleli v domě pouze s jedním telefonem. Když zazvoní, spustí se, aby odpověděl na hovor, ale pokaždé, když to dělá, hovor je pro někoho jiného. Protože k této události dochází opakovaně, přestanou reagovat na telefon a mohou dokonce přestat slyšet (Bear et al., 2008).

Senzibilizace

Prezentace nového nebo intenzivního podnětu vyvolává reakci zvýšené velikosti na všechny následující podněty.

Příklad: Předpokládejme, že v noci chodíte po chodníku v dobře osvětlené ulici a náhle dojde k výpadku proudu. Jakýkoli nový nebo podivný podnět, který se objeví, jako jsou slyšení kroků nebo vidění světlometů blížícího se auta, ho rozruší. Citlivý podnět (zatemnění) vedl k senzibilizaci, která zvyšuje jejich reakci na všechny následující podněty (Bear et al., 2008).

-Asociativní učení

Tento typ učení je založen na vytváření asociací mezi různými podněty nebo událostmi. V rámci asociativního učení můžeme rozlišit dva podtypy: klasickou kondici a instrumentální kondici (Bear et al., 2008).

Klasická klimatizace

V tomto typu učení bude existovat souvislost mezi podnětem, který způsobí odpověď (nepodmíněná odpověď nebo nepodmíněná odpověď, RNC / RI), nepodmíněným nebo nepodmíněným stimulem (ENC / EI), a dalším stimulem, který obvykle nevyvolává odpověď, podmíněný stimul (CS), a to bude vyžadovat výcvik.

Spárovaná prezentace CS a USA bude zahrnovat prezentaci naučené odpovědi (podmíněná odpověď, CR) na trénovaný stimul. K kondicionování dojde pouze tehdy, jsou-li podněty prezentovány současně nebo pokud CS předchází ENC ve velmi krátkém časovém intervalu (Bear et al., 2008).

Příklad: stimulem ENC / EC může být u psů kus masa. Při prohlížení masa budou psi vydávat salivační odpověď (RNC / RI). Pokud je však pes prezentován jako podnět zvukem zvonu, nebude představovat žádnou konkrétní odpověď. Pokud prezentujeme oba podněty současně nebo nejprve zvuk zvonu (CE) a pak maso, po opakovaném tréninku. Zvuk bude schopen vyvolat salivační odpověď, aniž by bylo přítomno maso. Existuje souvislost mezi jídlem a masem. Zvuk (EC) je schopen vyvolat podmíněnou odpověď (CR), slinění.

Instrumentální kondicionování

V tomto typu učení se naučíte spojovat odpověď (motorický akt) s významným stimulem (odměnou). K tomu, aby došlo k instrumentálnímu kondicionování, je nutné, aby k podnětu nebo odměně došlo po reakci jednotlivce.

Kromě toho bude také důležitým faktorem motivace. Na druhé straně nastane instrumentální typ kondicionování, pokud jednotlivec namísto odměny získá zmizení averzivního valenčního stimulu (Bear et al., 2008).

Příklad: zavedeme-li hladovou krysu do krabice s pákou, která poskytne jídlo, při zkoumání krabice krysa stiskne páku (motorický akt) a pozoruje, že se objeví jídlo (odměna). Poté, co to uděláte vícekrát, krysa spojí stisknutí páky s jídlem. Proto stisknete páku, dokud nebudete spokojeni (Bear et al., 2008).

Neurochemie učení mozku

Posílení a deprese

Jak jsme již zmínili dříve, učení a paměť jsou považovány za závislé na synaptických procesech plasticity.

Různé studie tedy ukázaly, že procesy učení (mezi nimiž jsou procesy popsané výše) a paměti, vedou ke změnám v synaptické konektivitě, které mění sílu a komunikační kapacitu mezi neurony.

Tyto změny ve spojení by byly výsledkem molekulárních a buněčných mechanismů, které regulují tuto aktivitu v důsledku excitace a inhibice neuronů, které regulují strukturální plasticitu.

Jednou z hlavních charakteristik excitačních a inhibičních synapsí je tedy vysoká variabilita jejich morfologie a stability, ke které dochází v důsledku jejich aktivity a plynutí času (Caroni et al., 2012).

Vědci specializující se na tuto oblast se zvláště zajímají o dlouhodobé změny synaptické síly v důsledku procesů dlouhodobé potenciace (PLP) a dlouhodobé deprese (DLP).

• Dlouhodobá potenciace: v důsledku stimulace nebo opakované aktivace synaptického spojení dochází ke zvýšení synaptické síly. Proto se v přítomnosti stimulu objeví stejná odpověď, jako v případě senzibilizace.
• Dlouhodobá deprese (DLP): dochází ke zvýšení synaptické síly v důsledku absence opakované aktivace synaptického spojení. Proto bude velikost reakce na podnět menší nebo dokonce nulová. Dalo by se říci, že dochází k procesu návyku.

Habituace a povědomí

První experimentální studie, které se zajímaly o identifikaci nervových změn, které jsou základem učení a paměti, použily jednoduché formy učení, jako je návyk, senzibilizace nebo klasické kondicionování.

Na tomto pozadí zaměřil americký vědec Eric Kandel své studie na reflex reflexu žábru Aplysia Califórnica, vycházel z předpokladu, že nervové struktury jsou mezi těmito a vyššími systémy analogické.

Tyto studie poskytly první důkaz, že paměť a učení jsou zprostředkovány plasticitou synaptických spojení mezi neurony zapojenými do chování, což ukazuje, že učení vede k hlubokým strukturálním změnám, které doprovázejí ukládání paměti (Mayford et al., 2012).

Kandel, stejně jako Ramón y Cajal, dochází k závěru, že synaptická spojení nejsou neměnná a že strukturální a / nebo anatomické změny tvoří základ ukládání paměti (Mayford et al., 2012).

V souvislosti s neurochemickými mechanismy učení se budou konat různé události jak pro návyky, tak pro senzibilizaci.

Habituace

Jak jsme již zmínili dříve, návyk spočívá ve snížení intenzity reakce, což je důsledek opakované prezentace stimulu. Když je senzorický neuron vnímán stimulem, generuje se excitační potenciál, který umožňuje účinnou reakci.

Jak se stimul opakuje, excitační potenciál se postupně snižuje, dokud nakonec nepřekročí minimální vypouštěcí práh nezbytný k vytvoření postsynaptického akčního potenciálu, který umožňuje kontrakci svalů.

Důvod, proč se tento excitační potenciál snižuje, je způsoben tím, že jak se stimul neustále opakuje, dochází ke zvýšení produkce draslíkových iontů (K ⁺), což zase způsobuje uzavření vápníkových kanálů (Ca ²⁺), který zabraňuje vstupu vápenatých iontů. Tento proces je proto způsoben snížením uvolňování glutamátu (Mayford et al, 2012).

Senzibilizace

Senzibilizace je složitější formou učení než návyky, při níž intenzivní podnět vyvolává přehnanou odpověď na všechny následující podněty, dokonce i ty, které dříve vyvolaly malou nebo žádnou reakci.

Přestože je základní formou učení, má různé fáze, krátkodobé a dlouhodobé. Zatímco krátkodobá senzibilizace by znamenala rychlé a dynamické synaptické změny, dlouhodobá senzibilizace by vedla k dlouhodobým a stabilním změnám, což je důsledek hlubokých strukturálních změn.

V tomto smyslu dojde v přítomnosti senzibilizujícího stimulu (intenzivního nebo nového) k uvolnění glutamátu, když množství uvolněné presynaptickým terminálem je nadměrné, aktivuje postsynaptické receptory AMPA.

Tato skutečnost umožní vstup Na2 + do postsynaptického neuronu, což umožní jeho depolarizaci a uvolnění NMDA receptorů, které byly dosud blokovány ionty Mg2 +, obě události umožní masivní vstup Ca2 + do postsynaptického neuronu.

Pokud je senzibilizační stimul přítomen nepřetržitě, způsobí to trvalé zvýšení vstupu Ca2 +, což aktivuje různé kinázy, což povede k včasné expresi genetických faktorů a syntéze proteinů. To vše povede k dlouhodobým strukturálním změnám.

Proto je zásadní rozdíl mezi těmito dvěma procesy v syntéze proteinů. V první z nich, v krátkodobé senzibilizaci, není její akce nutná, aby k ní došlo.

Pokud jde o dlouhodobou senzibilizaci, je nezbytné, aby syntéza proteinů probíhala tak, aby probíhaly trvalé a stabilní změny, které mají za cíl vznik a udržení nového učení.

Konsolidace učení v mozku

Učení a paměť jsou výsledkem strukturálních změn, ke kterým dochází v důsledku synaptické plasticity. Aby tyto strukturální změny proběhly, je nutné, aby proběhl dlouhodobý proces zlepšování nebo konsolidace synaptické síly.

Stejně jako při vyvolání dlouhodobé senzibilizace je nezbytná syntéza proteinů i exprese genetických faktorů, které povedou ke strukturálním změnám. Aby k těmto událostem došlo, musí proběhnout řada molekulárních faktorů:

• Trvalé zvýšení vstupu Ca2 + v terminálu bude aktivovat různé kinázy, což povede k iniciaci časné exprese genetických faktorů a syntéze proteinů, což povede k indukci nových AMPA receptorů, které budou vloženy do membrána a bude udržovat PLP.

Tyto molekulární události povedou ke změně dendritické velikosti a tvaru, s možností zvýšení nebo snížení počtu dendritických páteří v určitých oblastech.

Kromě těchto lokalizovaných změn současný výzkum ukázal, že ke změnám dochází také na globální úrovni, protože mozek působí jako sjednocený systém.

Proto jsou tyto strukturální změny základem učení, navíc, když tyto změny mají tendenci trvat v průběhu času, mluvíme o paměti.

Reference

1. (2008). Ve sdružení BN, & BNA, Neurosciences. Věda o mozku. Úvod pro mladé studenty. Liverpool.
2. Bear, M., Connors, B., & Paradiso, M. (2008). Neurověda: zkoumání mozku. Philadelphia: Lippincott Wiliams & Wilkings.
3. Caroni, P., Donato, F., & Muller, D. (2012). Strukturální plasticita při učení: regulace a fukce. Nature, 13, 478-490.
4. Základy behaviorální fyziologie. (2010). V N. Carlson. Madrid: Pearson.
5. Mayford, M., Siegelbaum, SA, & Kandel, ER (nd). Synapse a paměťové úložiště.
6. Morgado, L. (2005). Psychobiologie učení a paměti: základy a nedávné pokroky. Rev Neurol, 40 (5), 258-297.