Почему решения приходят к нам после прогулки или душа: ученые нашли объяснение

Иногда над задачей можно долго сидеть без результата, а потом отложить ее, выйти на прогулку или поспать — и ответ неожиданно приходит сам. Исследователи изучили один из возможных механизмов этого явления на крысах. Они обнаружили, что во время отдыха мозг перестраивает связанные с задачей нейронные связи, а затем использует их для более быстрого освоения новой информации. Результаты их исследования опубликованы в журнале Nature Communications.

Как проходил эксперимент

Сначала крысам пришлось долго учиться. Они должны были запомнить, какая точка восиьмилучевого лабиринта связана с тем или иным пищевым сигналом. За 6–8 недель животные усвоили шесть таких комбинаций и поняли общий принцип задачи. По сути, у них сформировалась схема, которая помогала им ориентироваться в новых ситуациях, используя уже знакомые правила.

Затем исследователи начали изменять привычные сочетания. Например, вместо одного из прежних сигналов крыса получала новый и должна была определить, куда с ним идти. В некоторых экспериментах они меняли сразу три из шести связей, а в других — все шесть. После первой встречи с новыми условиями животные справлялись с ними примерно на уровне случайного выбора.

После этого крысам давали время поспать или спокойно отдохнуть вне лабиринта. В это время ученые записывали активность нейронов в двух ключевых областях мозга: гиппокампе, отвечающем за формирование памяти и пространственную ориентацию, и медиальной префронтальной коре, которая помогает обобщать правила и применять их в новых ситуациях.

Что происходило во время отдыха

После отдыха крысы начинали гораздо быстрее разбираться с новыми сочетаниями. 

• Без сформированной схемы первоначальное обучение занимало в среднем около 16 сессий. 
• Однако, как только животные усваивали общий принцип задачи, им требовалось всего лишь 1,08 сессии для понимания и освоения новых связей.

Самое удивительное, что улучшение навыков происходило не постепенно. Сразу после изучения новой комбинации крысы все еще совершали ошибки, но после сна или отдыха их результаты значительно улучшались на следующей сессии. Более того, одновременно улучшалось выполнение сразу 3–6 новых связей. Эти знания сохранялись у животных и спустя несколько дней.

Во время отдыха в гиппокампе крыс формировались новые паттерны активности, связанные с сочетаниями сигнала и места, которые им предстояло освоить. Эти изменения происходили еще до следующей тренировки: сначала менялась активность нейронов, а затем крысы начинали лучше справляться с задачей.

Получается, что пауза между тренировками была частью процесса обучения. Пока крысы отдыхали, их мозг активно перерабатывал уже полученную информацию, готовясь к ее использованию при следующей встрече с задачей.

Что это означает

Ученые решили проверить, действительно ли для быстрого обучения важен именно этот процесс. Для этого они вмешались в работу гиппокампа в моменты возникновения так называемых острых волн-рипплов — коротких всплесков синхронной активности нейронов, которые наблюдаются во время сна и спокойного бодрствования.

После такого вмешательства резкого улучшения больше не происходило. Крысы не могли быстро освоить новые 3–6 связей после одной тренировки и отдыха, хотя позже они все же могли выучить их, но уже медленнее. В контрольных экспериментах, где активность гиппокампа не нарушалась, быстрый прогресс сохранялся. 

Исследователи предполагают, что во время отдыха наш мозг не просто запоминает недавно приобретенный опыт. Он способен перестраивать уже существующие связи и заранее соединять элементы, которые могут понадобиться в будущем.

Это открытие может объяснить то знакомое ощущение, когда после перерыва задача кажется гораздо более простой и понятной. Однако пока нельзя с уверенностью утверждать, что результаты исследования применимы к людям. Эксперимент проводился на крысах, а ученые лишь выдвигают гипотезы о механизме, который может участвовать в таком типе обучения у человека.