Настройка на индивидуальные ритмы мозговых волн ускоряет обучение взрослых
Обучение всегда помогает нам улучшать свои способности. Однако каждый человек в разных условиях по-своему изучает новые задачи и приобретает навыки. Исследователи проверили, связана ли эта изменчивость в способностях к обучению с отдельными колебательными состояниями мозга, и впервые показали, что краткая настройка на индивидуальный цикл мозговых волн человека перед выполнением учебной задачи резко повышает скорость улучшения когнитивных навыков. Результаты исследования опубликованы в журнале Cerebral Cortex.
Эксперимент с мозговыми волнами, проведенный в лаборатории адаптивного мозга под руководством профессора Зои Курци на факультете психологии Кембриджского университета. Credit: Кембриджский университет.
В основе работы исследователей из факультета психологии Кембриджского университета (Великобритания) лежит утверждение о том, что мозг каждого человека имеет собственный естественный ритм – циклическую электрическую активность популяций нейронов постоянной частоты, которая соответствует определенному состоянию мозга. Ученые полагают, что, если откалибровать скорость доставки информации в соответствии с естественным темпом работы мозга, это поможет улучшить способность к поглощению новой информации и адаптации к ней. То есть, используя ритмы мозговых волн, можно улучшать гибкое обучение на протяжении всей жизни.
Исследователи задаются вопросом, возможно ли повысить способности человека к обучению, если сделать так, чтобы его мозг работал на индивидуальных альфа-частотах?
В работах, на которые опирались исследователи, было показано, что колебания мозга в альфа-диапазоне (8-12 Гц) связаны с выполнением перцептивных задач и с восприятием. Для того, чтобы проверить, действительно ли имеется связь между альфа-колебаниями и поведенческими характеристиками, можно использовать ритмическую стимуляцию как инструмент для настройки ритмов мозга. То есть, к примеру, постоянная сенсорная стимуляция с альфа-частотой способна вызвать колебательную активность нейронов такой же частоты.
В обсуждаемой работе исследователи предположили, что обучение на индивидуальной — по сравнению с неиндивидуализированной — альфа-частоте повысит способность человека к обучению. Авторы представляют поступление и обработку информации мозгом не как непрерывный процесс, а как быструю фиксацию по типу фотоснимков. Эти «снимки» после связываются в единую картину за счет совместной работы нейронов разных областей мозга. Их гипотеза состояла в том, что, сопоставляя доставку информации с оптимальной фазой мозговой волны, можно максимизировать захват информации, потому что именно в это время наши нейроны находятся на пике возбудимости.
Для этого сначала с помощью электроэнцефалографии (ЭЭГ) измерялись колебания альфа-частоты в состоянии покоя у каждого отдельного участника. Затем ритмическая визуальная стимуляция индивидуализировалась под каждого человека, чтобы вызвать альфа-колебания электрической активности нейронов его мозга. То есть частота мерцания оптического «импульса» — белого квадрата, мерцающего на темном фоне, — соответствовала темпу индивидуальной альфа-волны каждого человека. Далее оценивалась роль этих колебаний в индивидуальной способности к обучению на задаче визуального различения: участникам эксперимента нужно было идентифицировать определенные формы в потоке визуального беспорядка.
Цикл мозговых волн состоит из пика и впадины. Некоторые участники получали импульсы, совпадающие с пиком их волн, некоторые — со впадиной. Другие получали ритмы, которые были либо случайными, либо с неправильной скоростью (немного быстрее или медленнее). И хотя пиковая альфа-частота между людьми значительно различается, было высказано предположение, что пиковая альфа-частота человека связана с его личной скоростью обработки перцептивной информации.
Оказалось, что те участники эксперимента, мозг которых настраивался на нужный ритм, обучались в три раза быстрее. Более того, их высокая производительность сохранилась и на следующий день. По-видимому, выбор правильной частоты и правильного фазового выравнивания для мерцания сенсорного стимула, имеет сильный и продолжительный эффект. При этом, важно отметить, что импульсы должны согласовываться с моментом, когда цикл мозговой волны находится в фазе впадины. Исследователи считают, что это точка в цикле, когда нейроны находятся в состоянии «высокой восприимчивости».
Авторы полагают, что результаты их работы могут пригодиться для разработки устройств, улучшающих аспекты обучения у детей, которые испытывают трудности в обычных классах, возможно, из-за дефицита внимания. Или для ускорения обучения в профессиях, где жизненно важны быстрое обучение и принятие решений (пилотирование, хирургия и пр.). Авторы полагают, что внедрение в виртуальные среды импульсов, которые синхронизируются с мозговыми волнами, может дать преимущество новым учащимся или помочь тем, кто проходит переподготовку в более позднем возрасте.
Текст: Анна Удоратина
Learning at your brain’s rhythm: individualized entrainment boosts learning for perceptual decisions by Zoe Kourtzi et al. Cerebral Cortex. Published November 2022.