1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова
  4. T. 73, № 6, 2023

Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова, 2023, T. 73, № 6, стр. 764-784

Продление мозговой активации в ответ на стимул как вероятный механизм ассоциативной пластичности при семантическом научении

Б. В. Чернышев 1, 2, *, А. А. Павлова 1, 3, А. М. Рытикова 1, А. В. Буторина 1, 4, Т. А. Строганова 1

1 Центр нейрокогнитивных исследований (МЭГ-центр), Московский государственный психолого-педагогический университет
Москва, Россия

2 Кафедра высшей нервной деятельности, Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова
Москва, Россия

3 Департамент психологии, Национальный исследовательский университет Высшая школа экономики
Москва, Россия

4 Центр нейробиологии и нейрореабилитации, Сколковский институт науки и технологий
Москва, Россия

* E-mail: b_chernysh@mail.ru

Поступила в редакцию 23.06.2023
После доработки 28.08.2023
Принята к публикации 31.08.2023

Аннотация

Считается, что запоминание смысла новых слов речи происходит благодаря ассоциативному обучению. Например, именно так слова, обозначающие движения, могут сопоставляться с соответствующими моторными актами. Известно, что синаптическая пластичность в мозге развивается при условии совпадения во времени активности клеточных ансамблей, репрезентирующих ассоциируемые события. Однако в реальности при выработке подобных ассоциаций возможен значительный разрыв во времени между ассоциируемыми событиями, нарушающий условия возникновения синаптической пластичности. Мы предположили, что необходимые условия для развития синаптической пластичности в мозге могут создаваться благодаря тому, что активность нейронных репрезентаций продлевается во времени, и тем самым обеспечивается требуемое перекрытие во времени на уровне нейронных ансамблей. Чтобы проверить это предположение, мы регистрировали магнитоэнцефалограмму у добровольных участников во время выработки ассоциаций между псевдословами и движениями четырьмя конечностями. Результаты исследования показывают, что при выработке новых ассоциаций действительно происходит значимое удлинение слухоречевой активации, вызванной стимулом. Таким образом, во время выработки ассоциации в мозге действительно могут создаваться условия для развития Хеббовской пластичности, даже если ассоциируемые события разнесены во времени.

Ключевые слова: ассоциативное обучение, обучение с подкреплением, память, слова связанные с действиями, вызванные поля, магнитоэнцефалография

Список литературы

  1. Разоренова А.М., Скавронская В.В., Тюленев Н.Б., Рытикова А.М., Чернышев Б.В. Может ли научение новым словам в слуховой модальности вести к быстрому формированию пластических перестроек в коре больших полушарий у взрослых? Современная зарубежная психология. 2020. 9 (2): 46–56.

  2. Barsalou L. Situated simulation in the human conceptual system. Language and Cognitive Processes. 2003. 18 (5–6): 513–562.

  3. Deacon D., Shelley-Tremblay J. How automatically is meaning accessed: a review of the effects of attention on semantic processing. Frontiers in Bioscience-Landmark. 2000. 5 (4): 82–94.

  4. Erlbeck H., Kübler A., Kotchoubey B., Veser S. Task instructions modulate the attentional mode affecting the auditory MMN and the semantic N400. Frontiers in Human Neuroscience. 2014. V. 8. P. 654.

  5. Friederici A.D., Chomsky N., Berwick R.C., Moro A., Bolhuis J.J. Language, mind and brain. Nature Human Behaviour. 2017. 1 (100): 713–722.

  6. Funahashi S., Bruce C.J., Goldman-Rakic P.S. Mnemonic coding of visual space in the monkey’s dorsolateral prefrontal cortex. Journal of Neurophysiology. 1989. 61 (2): 331–349.

  7. Fuster J.M., Bressler S.L. Past Makes Future: Role of pFC in Prediction. Journal of Cognitive Neuroscience. 2015. 27 (4): 639–654.

  8. Gallistel C.R., Fairhurst S., Balsam P. The learning curve: implications of a quantitative analysis. Proceedings of the National Academy of Sciences. 2004. 101 (36): 13124–13131.

  9. Gramfort A., Luessi M., Larson E., Engemann D.A., Strohmeier D., Brodbeck C., Goj R., Jas M., Brooks T., Parkkonen L. MEG and EEG data analysis with MNE-Python. Frontiers in Neuroscience. 2013. P. 267.

  10. Gross J., Baillet S., Barnes G.R., Henson R.N., Hillebrand A., Jensen O., Jerbi K., Litvak V., Maess B., Oostenveld R., Parkkonen L., Taylor J.R., van Wassenhove V., Wibral M., Schoffelen J.M. Good practice for conducting and reporting MEG research. Neuroimage. 2013. V. 65. P. 349–363.

  11. Hebb D.O. The organization of behavior : a neuropsychological theory. New York: John Wiley and Sons, Inc., 1949. 335 c.

  12. Histed M.H., Pasupathy A., Miller E.K. Learning Substrates in the Primate Prefrontal Cortex and Striatum: Sustained Activity Related to Successful Actions. Neuron. 2009. 63 (2): 244–253.

  13. Jensen O., Tesche C.D. Frontal theta activity in humans increases with memory load in a working memory task. Eur.J.Neurosci. 2002. 15 (8): 1395–1399.

  14. Kutas M., Federmeier K.D. Thirty Years and Counting: Finding Meaning in the N400 Component of the Event-Related Brain Potential (ERP). Annual Review of Psychology, Vol. 62 / Fiske S. T. et al. Palo Alto: Annual Reviews, 2011. C. 621–647.

  15. Lang M., Lang W., Uhl F., Kornhuber A., Deecke L., Kornhuber H.H. Slow negative potential shifts indicating verbal cognitive learning in a concept formation task. Human Neurobiology. 1987. 6: 183–190.

  16. McCarthy G., Nobre A., Bentin S., Spencer D. Language-related field potentials in the anterior-medial temporal lobe: I. Intracranial distribution and neural generators. The Journal of Neuroscience. 1995. 15 (2): 1080–1089.

  17. Miyashita Y., Chang H.S. Neuronal correlate of pictorial short-term memory in the primate temporal cortex. Nature. 1988. V. 331. № 6151. P. 68–70.

  18. Naya Y., Yoshida M., Takeda M., Fujimichi R., Miyashita Y. Delay-period activities in two subdivisions of monkey inferotemporal cortex during pair association memory task. European Journal of Neuroscience. 2003. 18 (10): 2915–2918.

  19. Neuringer A. Operant variability: Evidence, functions, and theory. Psychonomic Bulletin & Review. 2002. 9 (4): 672–705.

  20. O’Rourke T.B., Holcomb P.J. Electrophysiological evidence for the efficiency of spoken word processing. Biological Psychology. 2002. 60 (2–3): 121–150.

  21. Pearce J.M., Hall G. A model for Pavlovian learning: variations in the effectiveness of conditioned but not of unconditioned stimuli. Psychol.Rev. 1980. 87 (6): 532–552.

  22. Pearce J.M., Mackintosh N.J. Two theories of attention: A review and a possible integration. Attention and associative learning: From brain to behaviour. 2010. P. 11–39.

  23. Picard N., Strick P.L. Imaging the premotor areas. Current Opinion in Neurobiology. 2001. 11 (6): 663–672.

  24. Pinal D., Zurrón M., Díaz F. Effects of load and maintenance duration on the time course of information encoding and retrieval in working memory: from perceptual analysis to post-categorization processes. Frontiers in Human Neuroscience. 2014. V. 8. P. 165.

  25. Postle N., McMahon K.L., Ashton R., Meredith M., de Zubicaray G.I. Action word meaning representations in cytoarchitectonically defined primary and premotor cortices. Neuroimage. 2008. 43 (3): 634–644.

  26. Pulvermüller F. Brain mechanisms linking language and action. Nature Reviews Neuroscience. 2005. 6 (7): 576–582.

  27. Pulvermüller F. Neural reuse of action perception circuits for language, concepts and communication. Progress in Neurobiology. 2018. 160: 1–44.

  28. Quintana J., Fuster J.M. From Perception to Action: Temporal Integrative Functions of Prefrontal and Parietal Neurons. Cerebral Cortex. 1999. V. 9. № 3. P. 213–221.

  29. Razorenova A.M., Chernyshev B.V., Nikolaeva A.Y., Butorina A.V., Prokofyev A.O., Tyulenev N.B., Stroganova T.A. Rapid Cortical Plasticity Induced by Active Associative Learning of Novel Words in Human Adults. Frontiers in Neuroscience. 2020. V. 14. P. 895.

  30. Shtyrov Y., Butorina A., Nikolaeva A., Stroganova T. Automatic ultrarapid activation and inhibition of cortical motor systems in spoken word comprehension. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 2014. 111 (18): E1918–E1923.

  31. Shu Y., Hasenstaub A., McCormick D.A. Turning on and off recurrent balanced cortical activity. Nature. 2003. 423 (6937): 288–293.

  32. Smith M.E., Stapleton J.M., Halgren E. Human medial temporal lobe potentials evoked in memory and language tasks. Electroencephalography and Clinical Neurophysiology. 1986. 63 (2): 145–159.

  33. Tadel F., Baillet S., Mosher J.C., Pantazis D., Leahy R.M. Brainstorm: a user-friendly application for MEG/EEG analysis. Computational intelligence and neuroscience. 2011. V. 2011. P. 879716.

  34. Takeda M., Naya Y., Fujimichi R., Takeuchi D., Miyashita Y. Active Maintenance of Associative Mnemonic Signal in Monkey Inferior Temporal Cortex. Neuron. 2005. 48 (5): 839–848.

  35. Taulu S., Simola J., Kajola M. Applications of the signal space separation method. IEEE Transactions on Signal Processing. 2005. 53 (9): 3359–3372.

  36. Tomasello R., Garagnani M., Wennekers T., Pulvermuller F. Brain connections of words, perceptions and actions: A neurobiological model of spatio-temporal semantic activation in the human cortex. Neuropsychologia. 2017. V. 98. P. 111–129.

  37. Travis K.E., Leonard M.K., Chan A.M., Torres C., Sizemore M.L., Qu Z., Eskandar E., Dale A.M., Elman J.L., Cash S.S., Halgren E. Independence of Early Speech Processing from Word Meaning. Cerebral Cortex. 2012. V. 23. № 10. P. 2370–2379.

  38. Uusitalo M.A., Ilmoniemi R.J. Signal-space projection method for separating MEG or EEG into components. Medical and Biological Engineering and Computing. 1997. 35 (2): 135–140.

  39. Van Petten C., Luka B.J. Neural localization of semantic context effects in electromagnetic and hemodynamic studies. Brain and Language. 2006. 97 (3): 279–293.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал