Územní plánování by mohlo být prospěšné – a ve skutečnosti nám může pomoci učit se rychleji

Bezcílně putování po městě nebo prozkoumání nového centra se může zdát neproduktivní, ale nový výzkum z HHMI’s Janelia Research Campus naznačuje, že by mohl hrát důležitou roli v tom, jak se naše mozky učí.

Současně zaznamenáním aktivity desítek tisíc neuronů tým vědců z laboratoří Pachitariu a Stringer zjistil, že učení se může vyskytnout, i když neexistují žádné konkrétní úkoly nebo cíle.

Publikováno v PřírodaThe nový výzkum Zjistí, že jak zvířata zkoumají své prostředí, neurony ve vizuální kůře – oblast mozku zodpovědná za zpracování Vizuální informace– Vizuální funkce pro vytvoření interního modelu světa. Tato informace může urychlit učení, když vzniká konkrétní úkol.

„I když plánujete plánování nebo chodíte kolem, nebo si nemyslíte, že děláte nic zvláštního nebo tvrdého, váš mozek pravděpodobně stále tvrdě pracuje, aby vám pomohl zapamatovat si, kde jste, organizujete svět kolem vás, aby už nefungoval – když ve skutečnosti musíte něco udělat a věnovat pozornost – jste připraveni udělat to nejlepší,“ říká vedoucí Janelia Marius Marius.

Pozorování učení bez dozoru

Tým, vedený postdoc Lin Zhong, navrhl experimenty, kde myši běžely v lineárních koridorech virtuální reality s různými vizuálními texturami, podobně jako v prostředí reálného světa. Některé textury byly spojeny s odměnami, zatímco jiné nebyly. Poté, co se myši naučily pravidla experimentu, Zhong provedl jemné úpravy a změnil textury a přítomnost odměn.

Po týdnech provádění těchto experimentů tým pozoroval změny v Neurální aktivita uvnitř vizuální kůry zvířat. Snažili se však vysvětlit pozorovanou neurální plasticitu – změny ve spojení mezi neurony, které umožňují učení a paměť.

„Když jsme o tom stále více přemýšleli, nakonec jsme skončili na otázce, zda je úkol sám o sobě dokonce nutný,“ říká Pachitariu. „Je zcela možné, že se hodně plasticity děje v podstatě s vlastním zkoumáním životního prostředí zvířete.“

Když vědci výslovně testovali tento koncept učení bez dozoru, zjistili, že určité oblasti vizuální kůry kódují vizuální rysy i bez trénování zvířete na úkol. Když byl zaveden úkol, odpověděly jiné oblasti kůry.

Vědci navíc zjistili, že myši zkoumající virtuální chodbu po dobu několika týdnů se naučily, jak spojovat textury s odměnami mnohem rychleji než myši vyškolené pouze na úkolu.

„To znamená, že vás učil, aby vás učil vždy, že vás naučíte: stále se o svém prostředí můžete nevědomě dozvědět a tento druh učení vás může připravit na budoucnost,“ říká Zhong. „Byl jsem velmi překvapen. Od mého Ph.D. jsem prováděl experimenty s chováním a nikdy jsem nečekal, že bez tréninku myší na úkol najdete stejnou neuroplasticitu.“

Pochopení toho, jak se mozky učí

Nová zjištění odhalují odlišné oblasti ve vizuální kůře jsou zodpovědné za různé typy učení: nestrukturované učení a instruované učení založené na průzkumu a instruovaném učení. Nový výzkum naznačuje, že když se zvířata učí úkol, mozek by mohl současně použít oba algoritmy – bez dozoru komponenty k extrahování funkcí a podřízenou komponentu k přiřazení významu těmto funkcím.

Tyto poznatky by mohly zvýšit naše chápání toho, jak se učení v mozku vyskytuje. Zatímco předchozí výzkum na Vizuální kůra Nová práce se zaměřuje hlavně na pod dohledem a otevírá nové cesty pro průzkum, včetně toho, jak tyto různé typy učení interagují a jak je vizuální model prostředí integrován s prostorovými modely z jiných oblastí mozku.

„Jsou to dveře ke studiu těchto algoritmů učení bez dozoru v mozku, a pokud je to hlavní způsob, kterým se mozek učí, na rozdíl od pokynnějšího, cíleného způsobem, pak musíme také studovat tuto část,“ říká Pachitariu.

Vědci tvrdí, že tyto poznatky umožnily jak týmy podpory Janelia, které vědcům pomohly navrhnout a provozovat experimenty, a mezoskopem, nástrojem, který týmu umožnil současně zaznamenávat až 90 000 neuronů, což zlepšilo jejich schopnost provádět nové objevy.

„Umožnění jedné laboratoři v tomto měřítku je to, co je zde jedinečně možné, a to nám dává flexibilitu při hledání různých otázek, aniž by nutně měl konkrétní plán,“ říká Pachitariu.