Sídloví ptáci zdůrazňují roli dopaminu v učení

Mnoho každodenních dovedností, jako je řeč, není vrozené. Naučí se prostřednictvím pokusu a omylů. Nyní, analýzou mladých písniček, kteří nacvičují písně svých otců, byli vědci z Columbia Zuckerman Institute poprvé svědky role, kterou hraje mozkové odměny, protože mozek se v průběhu času přirozeně učí.

Vědci podrobně popsali svá zjištění v papíru, „přirozené chování se učí dopamin-Zvýšené posílení, “ Publikováno v Příroda.

„Pochopení procesu učení pomocí pokusu a omylů je klíčem k pochopení toho, jak získáváme mnoho z našich nejdůležitějších dovedností,“ řekl Jonathan Kasdin, spoluvylovník studie a postgraduální student v laboratoři Vikram Gadagkar, Ph.D. „A pochopení toho, jak učení funguje ve zdravém mozku, je rozhodující pro pochopení toho, jak se učení při různých poruchách mozku pokazí.“

Nová zjištění připomínají anekdotu pro Dr. Gadagkara, vedoucího autor ve studii a hlavní vyšetřovatel v Columbia’s Zuckerman Institute. Začíná to pro chodce v New Yorku a ptá se hudebníka: „Jak se dostanete do Carnegie Hall?“ Punchline je hudebník, který odpovídá: „Praxe“.

„Chtěli jsme vědět, jak se s praxí zlepšujete. Když dostanete to, co praktikujete správně, jak váš mozek ví, že máte pravdu?“ řekl Dr. Gadagkar, který je také docentem neurovědy na Columbia’s Vagelos College of Physicians and Surgeons.

Desetiletí výzkumu naznačovalo, že dopamin, molekula mozku spojená s chováním motivovaným odměnou, hraje zásadní roli v tomto procesu pokusu a omylů. Myšlenka je, že dopamin slouží jako tento signál hodnocení. Až budete něco správně, dopamin by měl jít nahoru. Až se to pokazí, dopamin by měl jít dolů.

Předchozí experimenty, které naznačovaly souvislost mezi dopaminem a učením, však často zahrnovaly umělé situace, ve kterých byla laboratorní zvířata poskytnuta odměnu, aby se naučila jednoduchý úkol. Tyto scénáře nemusí odrážet typický proces, kterým se mozek učí přirozené chování.

„Pokud jde o většinu složitých dovedností, které se učíme, nenaučíme je pro vnější odměny, jako je jídlo nebo šťáva,“ řekl Dr. Gadagkar. „Máme interní cíl, kterého se snažíme dosáhnout.“

V této studii vědci studovali zvíře s vrozenou snahou získat konkrétní dovednost: muž Zebra Fincheskteré musí dobře zpívat pro námluvu. Tito muži se učí zpívat zapamatováním a zkouškou písní jejich otců.

„Finches Zebra jsou jedním z mála organismů, které o tom známe, které získávají hlasové schopnosti podobným způsobem jako lidé,“ řekl spoluautor studie Nathan Nadler, postgraduální student v laboratoři Gadagkar. „Představují nám jedinečnou příležitost studovat přirozené učení v akci.“

Vědci zaznamenali šest mladých finche Zebra po dobu 40 dnů a analyzovali, jak se jejich písně v průběhu času změnily s praxí. „Jedná se o spoustu dat – tisíce a tisíce ztvárnění slabik v písních denně,“ řekl Nadler.

S pomocí systému umělé inteligence vědci v průběhu šesti až sedmi měsíců identifikovali všechny tyto slabiky a zkontrolovali, zda je každý blíž k konečné verzi pro dospělé než slabiky, která jí předcházela. Dále chtěli vidět, jak se tyto změny v souladu s hladinami dopaminu ve finchu Zebra.

Vědci zjistili, kolik dopaminu bylo v průběhu týdnů propuštěno dopamin v písně spojené části jejich mozku. U těchto ptáků našli dopamin-řízené pokus a učení o chybách. Vytváření slabik, které byly více podobné dospělým verzi, vedla k nárůstu dopaminu a ztvárnění, které byly méně podobné potlačené produkci dopaminu.

„Odesválíme roli dopaminu ve zcela přirozeném procesu učení,“ řekl Kasdin.

Výzkum, který přináší poznatky o dopaminu „by také mohl vrhnout světlo na poruchy související s dopaminem, jako je Parkinsonova choroba, drogová závislost a schizofrenie,“ dodal Kasdin.

Tento zásadní výzkum mozek může v konečném důsledku přínosem pro oblast umělé inteligence. Hlavním problémem v terénu je to, jak absorpce nového kousku informací může vést systém AI k katastroficky zapomenutí toho, co se předem naučil.

„Přírodní mozky jsou schopny neustále hromadit nové znalosti v průběhu celého života,“ uvedla spoluautor studie Kimberly Stachenfeld, Ph.D., pomocný asistent neurovědy v centru teoretické neuroretické neuroretické neuroretiky v Zuckermanově institutu.

„Tento nový výzkum by mohl informovat, jak navrhujeme AI.“