Узгодження електричних ритмів допомагає мозку зрозуміти загальні ознаки у різних об'єктів.
На рівні нейронів процес навчання пов'язують з освітою нових міжнейронних контактів - синапсів. Завдяки синапсам вибудовується нервовий ланцюжок, в якому нейрони обмінюються імпульсами. Міжнейронні контакти постійно утворюються і зникають, і вважається, що все різноманіття вищої нервової діяльності обумовлено такою синаптичною пластичністю мозку. Але насправді наші думки можуть змінюватися миттєво, в розумі ми перескакуємо з одного на інше, а формування міжклітинних контактів - процес досить тривалий, і за швидкістю думки йому не угнатися.
Тому виникає розумне припущення, що у мозку є ще якийсь механізм, що дозволяє обробляти інформацію, але не пов'язаний з перебудовами в синаптичній архітектурі. Механізм цей описують на сторінках Neuron дослідники з Массачусетського технологічного інституту. Ерл Міллер (Earl Miller) і його колеги вже досить давно вивчають процеси вищої нервової діяльності з точки зору нейрофізіології. Так, нещодавно їм вдалося описати картину активації нейронів у різних областях мозку при формуванні категоріальних понять. Коли мозку потрібно узагальнити якусь інформацію, то насамперед включаються нейрони смугастого тіла, або стріатума, а слідом за ними в справу вступають нейрони префронтальної кори. Вважається, що стріатум, який належить до підкіркових структур, виконує лише невелику частину аналітичної роботи, що він, грубо кажучи, розглядає тільки частину головоломки. Але потім сигнал від нього направляється в більш «просунуту» кору, яка відповідає за більш глобальні речі - тут розрізнені фрагменти вбудовуються в загальну картину головоломки.
Але залишається питання, як саме працюють нейрони смугастого тіла і префронтальної кори? Чи є між ними якесь повідомлення, або ж вони працюють незалежно один від одного? Щоб з'ясувати це, дослідники поставили експеримент, в якому шимпанзе показували різні візерунки з точок, а мавпи повинні були визначити, до якого з двох різновидів відноситься той чи інший візерунок. Іншими словами, шимпанзе мали розподілити картинки за категоріями.
Спочатку шимпанзе повинні були просто запам'ятати характеристики категорій - мавпам показували серію картинок-зразків одного або іншого виду. Але з часом характер досвіду змінювався: з одного боку, картинки повторювалися, з іншого боку, з'являлися нові зображення. Їх ставало все більше, так що просто запам'ятати, яка до чого відноситься, було вже не можна, потрібно було оцінювати конкретні ознаки і порівнювати їх з ознаками категорій. У результаті число нових, невідомих раніше картинок досягало 256, і шимпанзе могли все їх правильно розподілити за видами. Одночасно дослідники реєстрували електричні ритми мозку мавп за допомогою електроенцефалографії.
Виявилося, що в той момент, коли шимпанзе переходили від механічного запам'ятовування до аналізу категориальних ознак, в мозку відбувалося характерне зрушення активності: бета-ритми, що генеруються смугастим тілом і префронтальною корою, синхронізувалися один з одним. За словами авторів дослідження, між двома зонами мозку формувався інформаційний ланцюг, завдяки якому нейрони починали працювати узгоджено, щоб проаналізувати потік зображень. Потім, коли шимпанзе усвідомлювали існування двох категорій картинок, між смугастим тілом і корою утворювалося вже два інформаційні ланцюги - тобто ділянки мозку по-різному синхронізувалися для кожної з категорій.
Дослідники підкреслюють, що інформаційний контур формується до того, як виникають клітинно-анатомічні зміни в структурі мозку. Очевидно, все відбувається наступним чином: спочатку мозок обробляє, обмірковує якусь інформацію (і в цей момент відбувається синхронізація ритмів), а потім результати обмірковування записуються в пам'ять за допомогою нових синапсів. Зрозуміло, що початкова синхронізація теж передбачає якісь «дроти» між різними областями мозку, проте такі «дроти» відіграють суто технічну роль. Лише потім з'являються синапси і нейронні ланцюжки, створені спеціально для зберігання «плодів роздумів».
Взагалі кажучи, нейробіологи не вперше бачать ритмічну синхронізацію в мозку при виконанні якихось когнітивних завдань - раніше її вже спостерігали між зоровою корою і аналітичними областями кори. Однак зараз це вдалося побачити не просто для якихось невизначених роздумів, а для конкретного процесу категоризації. Такий обмін інформацією між корою і смугастим тілом може тривати і далі: категорія може поповнюватися новими даними, і для постійних уточнень нейрони будуть знову і знову синхронізуватися, а потім уточнена інформація буде осідати в довготривалій пам'яті завдяки синаптичній пластичності. Надалі автори роботи збираються досліджувати, як мозок засвоює більш абстрактні поняття, властиві саме людському мисленню.