Οι ερευνητές του Πανεπιστημίου Τζορτζτάουν ανακάλυψαν νέα στοιχεία ότι ο εγκέφαλος επανασυνδέεται σωματικά όταν οι άνθρωποι κατακτούν μια δεξιότητα, επιτρέποντας στις καλά εξασκημένες εργασίες να γίνονται αυτόματα. Τα ευρήματα αμφισβητούν τη μακροχρόνια αντίληψη ότι οι άνθρωποι δεν μπορούν πραγματικά να κάνουν πολλαπλές εργασίες, υποδηλώνοντας ότι με αρκετή εμπειρία, ο εγκέφαλος μπορεί να εκτελέσει ορισμένες δραστηριότητες ταυτόχρονα αντί να τις αλλάζει γρήγορα.
Η ανακάλυψη θα μπορούσε να έχει επιπτώσεις πέρα από την καθημερινή ζωή. Αυτό θα μπορούσε να βοηθήσει τους επιστήμονες να κατανοήσουν καλύτερα πώς διαμορφώνονται οι συνήθειες, γιατί ορισμένες συμπεριφορές είναι δύσκολο να αλλάξουν και πώς τα μελλοντικά συστήματα τεχνητής νοημοσύνης θα μπορούσαν να είναι καλύτερα στην οικοδόμηση νέων δεξιοτήτων από την προηγούμενη μάθηση.
«Έχουμε ένα ακόμη βήμα προς τα εμπρός στην κατανόησή μας για το πώς μαθαίνει ο εγκέφαλος», δήλωσε ο ανώτερος συγγραφέας Maximilian Riesenhuber, PhD, καθηγητής νευροεπιστήμης στην Ιατρική Σχολή του Πανεπιστημίου Georgetown και συνδιευθυντής του Κέντρου Νευρομηχανικής. “Το συναρπαστικό μέρος είναι ότι μπορείς πραγματικά να μάθεις να κάνεις πολλές εργασίες. Υπάρχει πραγματικά ένας τρόπος να ανανεώσεις την αρχιτεκτονική του εγκεφάλου σου και να χρησιμοποιήσεις άλλα μέρη του εγκεφάλου σου.”
Πώς ο εγκέφαλος αυτοματοποιεί τις μαθημένες δεξιότητες
Η έρευνα εκτείνεται δεκαετίες διερευνώντας πώς ο εγκέφαλος αποκτά νέες ικανότητες. Αν και οι επιστήμονες έχουν μάθει πολλά για τα πρώτα στάδια της μάθησης, πολύ λιγότερα είναι γνωστά για το τι συμβαίνει μετά την εκτεταμένη εξάσκηση μιας δεξιότητας και γίνεται σχεδόν αβίαστη.
Η οδήγηση είναι ένα γνωστό παράδειγμα, εξηγεί ο Riesenhuber. Η εκμάθηση οδήγησης απαιτεί αρχικά συνεχή προσοχή, αλλά η πολυετής εμπειρία επιτρέπει σε πολλούς ανθρώπους να συνεχίσουν μια συνομιλία, να ακούσουν μουσική ή να σκεφτούν ένα πρόβλημα ενώ οδηγούν με ασφάλεια.
“Το ερώτημα είναι: Πώς το κάνει αυτό ο εγκέφαλός σας;” Risenhuber Dr.
Οι σαρώσεις εγκεφάλου αποκαλύπτουν μια αλλαγή στα νευρωνικά κυκλώματα
Για τη διερεύνηση, η ερευνητική ομάδα ζήτησε από εθελοντές να ταξινομήσουν μεταμορφωμένες εικόνες αυτοκινήτων σε δύο κατηγορίες, εντοπίζοντας λεπτές οπτικές διαφορές. Οι συμμετέχοντες ολοκλήρωσαν περισσότερες από 30.000 δοκιμές επιλογής σε διάστημα 5 έως 10 εβδομάδων χρησιμοποιώντας μια εφαρμογή smartphone σχεδιασμένη ως παιχνίδι.
Οι ερευνητές εξέτασαν τους εγκεφάλους των συμμετεχόντων με σαρώσεις fMRI και EEG πριν από την έναρξη της εκπαίδευσης και μετά το τέλος της συνεδρίας εξάσκησης.
Στην αρχή της μάθησης, το έργο της ταξινόμησης ενεργοποιεί πρωτίστως τον προμετωπιαίο φλοιό, την περιοχή που είναι υπεύθυνη για εκτελεστικές λειτουργίες όπως ο σχεδιασμός, ο συλλογισμός και η συνειδητή λήψη αποφάσεων. Επειδή αυτό το μέρος του εγκεφάλου συνήθως χειρίζεται μια απαιτητική εργασία τη φορά, θεωρείται εδώ και καιρό ως ένας σημαντικός περιορισμός του multitasking.
Μετά από εβδομάδες εξάσκησης, ωστόσο, η εγκεφαλική δραστηριότητα άλλαξε. Η ίδια εργασία κατηγοριοποίησης εκτελείται τώρα κυρίως από τον κροταφικό φλοιό, μια περιοχή που εμπλέκεται στη μνήμη και αναγνωρίζει πολύπλοκα αντικείμενα.
“Προηγούμενες μελέτες έχουν δείξει ότι τμήματα του κροταφικού φλοιού μπορούν να ενεργοποιηθούν από έμπειρους παρατηρητές, πουλιά, αυτοκίνητα, ακόμη και συγκεκριμένες κατηγορίες αντικειμένων Pokemon, αλλά ο περιορισμός όλων αυτών των μελετών είναι ότι εξέτασαν μόνο τους ανθρώπους που γίνονται ειδικοί. Το πλεονέκτημα αυτής της μελέτης είναι ότι είναι διαμήκης. μετράμε πριν και μετά την προπόνηση. PhD, ο οποίος ξεκίνησε τη μελέτη ως μεταπτυχιακός φοιτητής στο εργαστήριο του Riesenhuber και τώρα είναι επίκουρος καθηγητής ψυχολογίας στο Πανεπιστήμιο Lehigh.
«Αυτό έχει συνέπειες για κρίσιμες καταστάσεις του πραγματικού κόσμου, όπως όταν ένας ακτινολόγος μπορεί να ταξινομήσει με ακρίβεια μια μάζα σε μια ακτινογραφία ως καλοήθη ή κακοήθη αρκετά αυτόματα, συχνά χωρίς εκτενή συζήτηση, χάρη σε χρόνια εκπαίδευσης», είπε ο Cox.
Πώς η επανακαλωδίωση του εγκεφάλου επιτρέπει την εκτέλεση πολλαπλών εργασιών
Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι οι πληροφορίες από το νεοαναπτυγμένο τμήμα του αυτοκινήτου στον κροταφικό φλοιό μπορούν να παρακάμψουν τον προμετωπιαίο φλοιό και να ταξιδέψουν απευθείας στην περιοχή του εγκεφάλου που είναι υπεύθυνη για τη δημιουργία αποκρίσεων.
“Η εμπειρία επανασυνδέει τον εγκέφαλο για να παρακάμψει αυτό το μετωπιαίο συμφόρηση. Ο προμετωπιαίος φλοιός στη συνέχεια ελευθερώνεται για να κάνει αυτό που θέλετε να κάνετε, αυξάνοντας την ικανότητά σας”, εξηγεί ο Riesenhuber.
Η ομάδα ανακάλυψε επίσης ότι όσο περισσότερο η εργασία ταξινόμησης αυτοκινήτων «εκφορτώνεται» από τον προμετωπιαίο φλοιό, τόσο καλύτερα οι συμμετέχοντες εκτελούσαν μια δεύτερη εργασία ταυτόχρονα.
Αυτό το εύρημα αμφισβητεί τη μακροχρόνια πεποίθηση ότι οι άνθρωποι δεν μπορούν πραγματικά να κάνουν πολλαπλές εργασίες. Αντίθετα, πολλοί επιστήμονες υποστηρίζουν ότι ο εγκέφαλος απλώς αλλάζει την προσοχή μεταξύ των εργασιών τόσο γρήγορα που δημιουργεί την ψευδαίσθηση ότι κάνει και τα δύο ταυτόχρονα.
«Αυτό που δείχνουμε είναι ότι το κύκλωμα αλλάζει στην πραγματικότητα έτσι ώστε ο εγκέφαλος να μπορεί να κάνει δύο πράγματα ταυτόχρονα», είπε ο Riesenhuber. “Αυτό είναι πραγματικά αληθινό multitasking.”
Τι σημαίνουν τα ευρήματα για τις συνήθειες και την τεχνητή νοημοσύνη
Τα αποτελέσματα μπορεί να παρέχουν νέες ιδέες για την ψυχαναγκαστική συμπεριφορά. Επειδή οι καλά μαθημένες συμπεριφορές μετακινούνται σε εγκεφαλικά κυκλώματα που εξαρτώνται λιγότερο από τον συνειδητό έλεγχο, η απλή προσπάθεια να σκεφτείς κάτι άλλο μπορεί να μην είναι αρκετή για να κόψεις μια ανεπιθύμητη συνήθεια.
«Το πρώτο βήμα για να μάθεις κάτι είναι να καταλάβεις πού πραγματικά συμβαίνει στον εγκέφαλο», είπε ο Riesenhuber. «Αυτό δείχνει γιατί κόλπα όπως το να λέμε σε κάποιον να σκεφτεί κάτι άλλο δεν βοηθούν πραγματικά, επειδή η συμπεριφορά του δεν είναι πραγματικά υπό συνειδητό έλεγχο».
Οι ερευνητές πιστεύουν επίσης ότι τα ευρήματα μπορεί να βοηθήσουν να εξηγήσουν γιατί οι άνθρωποι συνεχίζουν να αναπτύσσουν νέες ικανότητες καθ ‘όλη τη διάρκεια της ζωής τους, ενώ τα τρέχοντα συστήματα AI εξακολουθούν να αγωνίζονται να μάθουν συνεχώς χωρίς να διαταράσσουν τη γνώση που είχε αποκτήσει προηγουμένως.
Σύμφωνα με τον Riesenhuber, η μεταφορά μιας καλά μαθημένης δεξιότητας στον κροταφικό φλοιό απελευθερώνει τον προμετωπιαίο φλοιό να επικεντρωθεί σε νέες προκλήσεις, επιτρέποντας στην υπάρχουσα γνώση να χρησιμεύσει ως βάση για μελλοντική μάθηση. Τα σημερινά συστήματα τεχνητής νοημοσύνης γενικά στερούνται αυτού του είδους ευέλικτης αρχιτεκτονικής.
Η ομάδα σχεδιάζει τώρα να διερευνήσει ποια ακριβώς σήματα μεταφέρουν τη μάθηση από τη μια περιοχή του εγκεφάλου στην άλλη και τελικά να καθορίσει ποιοι τύποι εργασιών μπορούν να εκτελεστούν παράλληλα.
«Μια άλλη πραγματικά ενδιαφέρουσα ερώτηση είναι ποια είδη εργασιών μπορούν να μάθουν αρκετά καλά ώστε να εκτελούνται παράλληλα», είπε ο Cox. “Μπορούμε να περπατάμε και να μασάμε τσίχλα ταυτόχρονα, αλλά δεν είναι ποτέ ασφαλές να κοιτάμε το τηλέφωνό μας για να στείλουμε μήνυμα κατά την οδήγηση, γιατί παίρνουμε τα μάτια μας από το δρόμο. Είναι σε θέση να εκπαιδεύσει εντελώς διαφορετικά νευρωνικά κυκλώματα για να είναι συμβατές οι δύο εργασίες.”
“Η εκτεταμένη εμπειρία αναδιαμορφώνει το νευρωνικό κύκλωμα εργασιών για να ξεφύγει από το μετωπικό συμφόρηση και να αυξήσει την αυτοματοποίηση κατηγοριοποίησης”, που δημοσιεύτηκε στις 4 Ιουνίου Journal of Cognitive Neuroscience.
Εκτός από τους Riesenhuber και Cox, η ερευνητική ομάδα περιελάμβανε τις Clara A. Scholl, Marissa L. Laws, Nelson E. Jaimes και Xiong Jiang του Πανεπιστημίου Georgetown. Η εργασία υποστηρίχθηκε από το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών (BCS-1232530), το Ίδρυμα ARCS και το Ερευνητικό Εργαστήριο Στρατού (W911NF-24-1-0097). Οι συγγραφείς δεν αναφέρουν κανένα προσωπικό οικονομικό συμφέρον που να σχετίζεται με την έρευνα.
