Нейромедиаторы гамма-аминомасляная кислота (ГАМК) и глутамат выполняют взаимодополняющие роли — ГАМК подавляет нейроны, а глутамат делает их более активными. Исследование под руководством Роя Коэн Кадош и Джорджа Захаропулоса из Оксфордского университета показывает, что уровни этих двух нейромедиаторов во внутрипариетальной борозде мозга могут предсказать математические способности. Исследование также показало, что отношения между двумя нейротрансмиттерами и беглостью арифметических операций менялись по мере того, как дети взрослели.

Считается, что уровни возбуждения и торможения мозга связаны с обучением, особенно в критические периоды. Однако мало что известно о том, как они связаны со сложным обучением, которое может длиться десятилетия. Чтобы решить эту проблему, исследователи измерили уровни ГАМК и глутамата у более двухсот человек, возрастом от 6 до 18 лет. Участников попросили пройти два теста на успеваемость по математике, и их результаты по арифметическим задачам коррелировали с уровнями ГАМК и глутамата.

Команда обнаружила, что у детей более высокий уровень ГАМК в левой интрапариетальной борозде мозга были связаны с большей беглостью математических расчетов при низком уровне глутамата. У более взрослых добровольцев результаты были почти противоположными; низкая концентрация ГАМК была связана с большей беглостью математических расчетов при высокой концентрации глутамата. Поскольку участников тестировали дважды с разницей в 1,5 года, исследователи также смогли показать, что уровни нейротрансмиттеров во время первого теста могут предсказать математические достижения на более поздний срок.

Многое из того, что мы знаем о ГАМК, глутамате и обучении, получено в результате экспериментов на грызунах в лаборатории, которые ничего не могут сказать напрямую о естественных школьных навыках, таких как математика, которые развиваются с течением времени. Это лонгитюдное исследование на людях поможет исследователям лучше понять взаимосвязь между обучением и пластичностью мозга, особенно в критические периоды, которые могут длиться годами.

Коэн Кадош добавляет: «Наше открытие переключателей развития в связи между ГАМК и глутаматом и академическими достижениями подчеркивает общий, неизвестный принцип пластичности. В отличие от предыдущих исследований на людях и животных, которые фокусировались на более узких стадиях развития, наше поперечно-продольное исследование предполагает, что связь между пластичностью, возбуждением и торможением мозга на разных стадиях вряд ли будет неизменной. Наши результаты также имеют важное значение для разработки программ вмешательства на основе мозга, которые мы надеемся изучить в будущем».