研究表明:自言自语可以给予大脑反馈,帮助孩子学习

研究表明:自言自语可以给予大脑反馈,帮助孩子学习




人类和其他动物一样,拥有强大的学习能力,能够理解新的感觉信息,掌握新的技能,或者适应不断变化的环境。然而,我们对许多辅助我们学习的机制仍然知之甚少。系统神经科学最大的挑战之一是解释突触连接如何改变以支持适应性行为。

瑞士日内瓦大学(UNIGE)的神经科学家此前曾指出,大脑皮层的突触学习机制依赖于大脑深层区域的反馈。他们现在已经精确地解释了这种反馈是如何通过控制特定的抑制性神经元来加强突触的。这项研究发表在《神经元》杂志上,它不仅是我们理解知觉学习机制的一个重要里程碑,而且还可能为电脑学习系统和人工智能提供深入的见解。

大脑皮层是大脑最外层和最大的区域,对于高级认知功能、复杂行为、感知和学习都很重要。当感官刺激到达时,大脑皮层在将相关信息传递到其他大脑区域之前,对信息进行处理和过滤。一些大脑区域又把信息传回大脑皮层。这些回路称为“反馈系统”,它被认为是皮层网络的功能及其对新感觉信息的适应所必需的。“对于知觉学习,也就是提高对感官刺激做出反应的能力,神经回路需要首先评估传入的感官信息的重要性,然后完善之后的处理方式。反馈系统在一定程度上证实突触正确地将信息传递到大脑其他区域,”领导这项研究的UNIGE医学院基础神经科学教授AnthonyHoltmaat解释说。

触须和反馈系统

老鼠鼻子上的触须是专门负责触觉感知的,对它理解周围环境起着重要作用。大脑皮层负责处理来自触须的感官信息的部分不断优化其突触,以学习有关触觉环境的新知识。因此,它构成了一个有趣的模型来理解反馈系统在突触学习机制中的作用。

UNIGE的科学家分离出一个与触须相关的反馈回路,并用电极来测量皮层神经元的脑电活动。然后,他们通过刺激大脑皮层中处理这些信息的特定区域来模拟感官输入,同时利用光来控制反馈回路。“这种体外模型让我们能够独立于感官输入控制反馈,这在体内是不可能做到的。然而,将感觉输入与反馈分离对于理解两者之间的相互作用如何导致突触加强至关重要。” Holtmaat补充道。

抑制神经元控制信息

研究小组发现,当两者分别被触发时,可以激活多种神经元。然而,当同时被激活时,一些神经元的活动实际上会减少。“有趣的是,当感觉输入和反馈同时发生时,被抑制的神经元通常会抑制对感知很重要的神经元,这被称为抑制的抑制或去抑制,”来自UNIGE医学院的Leena Williams解释道,她是这项研究的第一作者。“因此,这些神经元就像接收信息的大门,通常是关闭的。但当反馈进来时,这扇门就打开了,让那些负责主要感官信息的突触增强它们的力量。通过这项研究,我们已经确定了反馈如何可能优化突触连接,从而更好地为未来传入的信息做好准备。”她补充道。

现在他们已经精确地确定了哪些神经元参与了这一机制,这些科学家将在“现实生活”中测试他们的结果,检查当老鼠需要学习新的感官信息或在触觉环境中发现新的方面时,抑制神经元是否会像预测的那样活动。

深度学习:模仿自然智能

大脑回路如何自我优化?一个系统如何通过读出自己的活动来自学呢?除了与动物学习有关,这个问题也是机器学习程序的核心。事实上,一些深度学习专家试图模仿大脑回路来构建人工智能系统。UNIGE小组提供的见解可能与无监督学习有关,无监督学习是机器学习的一个分支,它拥有能够自组织和优化新信息处理的电路模型。例如,这对于创建有效的语音或人脸识别程序非常重要。

少儿脑科技小课堂系头条号签约作者

参考:https://www.sciencedaily.com/releases/2019/01/190102112918.htm

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