Μια νέα έρευνα από το Πανεπιστήμιο του Ρότσεστερ και το Ινστιτούτο Νευροεπιστημών Del Monte δείχνει ότι η μάθηση ενισχύει τη συνεργασία των νευρώνων στον εγκέφαλο, σε αντίθεση με την παλαιότερη άποψη ότι τους κάνει πιο ανεξάρτητους.
Κατά την εκμάθηση οπτικών δεξιοτήτων, οι ερευνητές κατέγραψαν τη δραστηριότητα των νευρώνων και είδαν ότι αυτοί συγχρονίζονται περισσότερο και ανταλλάσσουν πληροφορίες, κάτι που βοηθά στην αντίληψη και στη λήψη αποφάσεων.
Τα ευρήματα ενδέχεται να ανοίξουν νέους δρόμους για την αντιμετώπιση μαθησιακών διαταραχών και την ανάπτυξη πιο ευέλικτων συστημάτων τεχνητής νοημοσύνης, αναδεικνύοντας τον ρόλο της συνεργασίας των νευρωνικών δικτύων στον εγκέφαλο.
Όταν αποκτάτε μεγαλύτερη δεξιότητα —για παράδειγμα, αναγνωρίζοντας ένα γνώριμο πρόσωπο ανάμεσα σε πολλούς, προσέχοντας αμέσως ένα τυπογραφικό λάθος ή προβλέποντας την επόμενη κίνηση σε ένα παιχνίδι— οι αισθητήριοι νευρώνες στον εγκέφαλό σας συντονίζονται περισσότερο και ανταλλάσσουν πληροφορίες, αντί να λειτουργούν με μεγαλύτερη ανεξαρτησία.
Αυτό προκύπτει από μελέτη που δημοσιεύτηκε στο Science και εκπονήθηκε από ερευνητές του Πανεπιστημίου του Ρότσεστερ και του Ινστιτούτου Νευροεπιστημών Del Monte. Η έρευνα θέτει υπό αμφισβήτηση μια παγιωμένη υπόθεση της νευροεπιστήμης: ότι η μάθηση αυξάνει την αποτελεσματικότητα περιορίζοντας την επανάληψη στα νευρωνικά σήματα.
Την έρευνα διηύθυνε ο Shizhao Liu, μεταπτυχιακός φοιτητής στα εργαστήρια των Ralf Haefner και Adam Snyder, οι οποίοι είναι μέλη ΔΕΠ στο Τμήμα Επιστημών Εγκεφάλου και Γνωστικών Επιστημών. Τα δεδομένα δείχνουν πως η μάθηση ενισχύει την κοινή δραστηριότητα των νευρώνων και θα μπορούσαν να συμβάλουν στην κατανόηση των μαθησιακών διαταραχών, καθώς και στον σχεδιασμό πιο ευέλικτων εργαλείων τεχνητής νοημοσύνης με ανθρώπινα χαρακτηριστικά.
«Η κυρίαρχη άποψη στη νευροεπιστήμη είναι ότι η μάθηση κάνει τον εγκέφαλο πιο αποτελεσματικό ωθώντας τους νευρώνες να ενεργούν πιο ανεξάρτητα, έτσι ώστε οι πληροφορίες να μπορούν να διαβάζονται πιο καθαρά», λέει ο Liu. «Τα αποτελέσματά μας υποστηρίζουν μια διαφορετική ιδέα, ότι οι αισθητηριακές περιοχές του εγκεφάλου δεν κωδικοποιούν απλώς παθητικά τον κόσμο. Εκτελούν ενεργά συμπερασματολογία συνδυάζοντας αυτό που εισέρχεται με αυτό που ο εγκέφαλος έχει μάθει να περιμένει».
Με ποιον τρόπο η μάθηση αλλάζει τη συνεργασία των νευρώνων
Για πολλές δεκαετίες, η επικρατούσα αντίληψη ήταν ότι η μάθηση κάνει αποτελεσματικότερη την επεξεργασία πληροφοριών στον εγκέφαλο, περιορίζοντας την κοινή δραστηριότητα των νευρώνων ώστε τα δεδομένα να αποκωδικοποιούνται πιο εύκολα. Η θεώρηση αυτή επηρέασε τον τρόπο με τον οποίο οι ερευνητές προσέγγιζαν τόσο την αντίληψη όσο και τη λήψη αποφάσεων.
Η εργασία των Liu, Haefner, Snyder και των συνεργατών τους περιγράφει, ωστόσο, μια άλλη διαδικασία. Κατά την εξέλιξη της μάθησης, οι νευρώνες δεν απομακρύνονται λειτουργικά μεταξύ τους, αλλά συντονίζονται και μοιράζονται περισσότερες πληροφορίες, ιδίως όταν ο εγκέφαλος εκτελεί ενεργά μια εργασία και καλείται να λάβει αποφάσεις.
Η μεγαλύτερη αυτή συνεργασία συνδέεται με την αυξημένη αξιοποίηση των εσωτερικών προσδοκιών του εγκεφάλου. Με την πρόοδο της μάθησης, η ανατροφοδότηση από ανώτερες εγκεφαλικές περιοχές φαίνεται να επηρεάζει τις αποκρίσεις των αισθητήριων νευρώνων. Έτσι, η αντίληψη συνδυάζει τις πληροφορίες που προσλαμβάνονται με όσα έχει αποκτήσει ο εγκέφαλος από προηγούμενες εμπειρίες.
Καταγραφή της δραστηριότητας των νευρώνων στη μάθηση
Για αρκετές εβδομάδες, οι ερευνητές κατέγραφαν την ενεργοποίηση των ίδιων μικρών ομάδων νευρώνων στον οπτικό φλοιό, όσο τα άτομα μάθαιναν να ξεχωρίζουν διαφορετικά οπτικά μοτίβα. Εξέτασαν αν, με την πρόοδο της μάθησης, οι νευρώνες λειτουργούσαν περισσότερο αυτόνομα ή αν αντάλλασσαν περισσότερες πληροφορίες.
Πριν ξεκινήσει η μάθηση, διαπίστωσαν ότι οι νευρώνες δρούσαν κυρίως ανεξάρτητα. Όσο όμως τα άτομα αποκτούσαν καλύτερες οπτικές δεξιότητες, η συμπεριφορά τους άρχισε να θυμίζει μια καλά προπονημένη αθλητική ομάδα, με συντονισμένη επικοινωνία και συνεργασία.
«Είναι λίγο σαν μια ομάδα ανθρώπων που λύνει ένα πρόβλημα», λέει ο Snyder. «Αντί να εργάζονται μεμονωμένα όσο το δυνατόν πιο αποτελεσματικά, η μάθηση τους κάνει να επικοινωνούν περισσότερο. Αυτή η κοινή χρήση πληροφοριών κάνει κάθε άτομο καλύτερα ενημερωμένο και ενδεχομένως κάνει την ομάδα πιο ευέλικτη και προσαρμοστική».
Το φαινόμενο του συγχρονισμού παρατηρήθηκε μόνο όταν τα άτομα συμμετείχαν ενεργά σε μια εργασία και αποφάσιζαν με βάση όσα έβλεπαν. Αν, αντίθετα, παρακολουθούσαν τις ίδιες εικόνες χωρίς να χρειάζεται να δώσουν απάντηση, η επίδραση δεν εμφανιζόταν.
Τον ισχυρότερο συντονισμό παρουσίασαν οι νευρώνες που είχαν τη μεγαλύτερη σημασία για την εργασία, κυρίως κατά τις στιγμές λήψης αποφάσεων.
Οι αλλαγές αυτές δεν είναι μόνιμες, αλλά ευέλικτες. Οι ερευνητές εκτιμούν ότι οι μεταβολές προκύπτουν από σήματα ανατροφοδότησης που στέλνουν περιοχές ανώτερου επιπέδου του εγκεφάλου, δίνοντας τη δυνατότητα στους νευρώνες να τροποποιούν άμεσα τη συμπεριφορά τους ανάλογα με την εργασία.
Τα ευρήματα ενισχύουν μια ολοένα πιο διαδεδομένη θεώρηση στη νευροεπιστήμη: ο εγκέφαλος δεν λειτουργεί ως απλός αγωγός που μεταφέρει πληροφορίες. Συνδυάζει διαρκώς όσα αντιλαμβανόμαστε με όσα περιμένουμε να αντιληφθούμε, σχηματίζοντας μια πιο ολοκληρωμένη και πλούσια εικόνα του κόσμου. Για να γίνει αυτή η σύνθεση, ομάδες νευρώνων συνεργάζονται αντί να λειτουργούν μεμονωμένα.
Ευρήματα για την υγεία και την Τεχνητή Νοημοσύνη
Η διερεύνηση του τρόπου με τον οποίο ο εγκέφαλος συγχρονίζει τους νευρώνες στη μαθησιακή διαδικασία ενδέχεται να διευρύνει τις γνώσεις για τις μαθησιακές διαταραχές και τις παθήσεις που επηρεάζουν την αντίληψη. Παράλληλα, θα μπορούσε να συνεισφέρει στον σχεδιασμό συστημάτων τεχνητής νοημοσύνης με καλύτερη ικανότητα γενίκευσης, τα οποία θα αντλούν έμπνευση από την ευέλικτη σύνδεση που κάνει ο εγκέφαλος ανάμεσα σε προηγούμενες προσδοκίες και καινούργιες αισθητηριακές πληροφορίες.
«Τα περισσότερα σύγχρονα συστήματα τεχνητής νοημοσύνης βασίζονται σε διακριτικές αρχιτεκτονικές που αντιστοιχίζουν αισθητηριακές εισόδους απευθείας σε εξόδους», λέει ο Haefner. Η έρευνα δείχνει ότι η ενσωμάτωση γενετικών βρόχων ανατροφοδότησης, όπου τα εσωτερικά μοντέλα επηρεάζουν τις αισθητηριακές αναπαραστάσεις, μπορεί να οδηγήσει σε συστήματα που μαθαίνουν γρηγορότερα με περιορισμένα δεδομένα, αντέχουν περισσότερο στην αβεβαιότητα και προσαρμόζονται με μεγαλύτερη ευελιξία σε εργασίες που μεταβάλλονται.
Περισσότερες πληροφορίες: Shizhao Liu et al, Task learning increases information redundancy of neural responses in macaque visual cortex, Science (2026). DOI: 10.1126/science.adw7707.
Συνοπτική παρουσίαση
- Μελέτη του Πανεπιστημίου του Ρότσεστερ δείχνει ότι η μάθηση ενδυναμώνει τη συνεργασία ανάμεσα στους νευρώνες του εγκεφάλου, αντί να αυξάνει την ανεξαρτησία τους.
- Στη διάρκεια της μάθησης, οι νευρώνες συγχρονίζονται περισσότερο, ανταλλάσσουν πληροφορίες και συμβάλλουν στη βελτίωση της αντίληψης και της λήψης αποφάσεων.
- Τα αποτελέσματα θέτουν υπό αμφισβήτηση την παραδοσιακή αντίληψη πως η μάθηση περιορίζει την κοινή δραστηριότητα των νευρώνων με στόχο την αποδοτικότερη λειτουργία.
- Οι ερευνητές κατέγραψαν τη νευρωνική δραστηριότητα ενώ οι συμμετέχοντες μάθαιναν οπτικές δεξιότητες και εντόπισαν μεγαλύτερο συντονισμό κατά την εκτέλεση εργασιών.
- Η γνώση αυτή ενδέχεται να ανοίξει νέες προοπτικές για τη θεραπεία μαθησιακών διαταραχών και την ανάπτυξη συστημάτων τεχνητής νοημοσύνης με μεγαλύτερη ευελιξία.
Το άρθρο στο ygeiax.gr: https://www.ygeiax.gr/health/i-mathisi-kanei-ta-egkefalika-kyttara-na-synergazontai/22067
