Tyrimas, paskelbtas m Gamta atskleidė, kad skirtingų asmenų neuroniniai skaičiavimai gali būti įgyvendinami sprendžiant tas pačias sprendimų priėmimo užduotis, net jei elgesio rezultatai atrodo identiški.
Kognityvinis lankstumas yra smegenų gebėjimas pritaikyti savo reakciją į tą patį išorinį dirgiklį, pavyzdžiui, šviesą ar garsą, atsižvelgiant į skirtingus kontekstus. Pavyzdžiui, jei kas nors šaukia jūsų vardu sausakimšoje patalpoje, turite sutelkti dėmesį į garso vietą arba balso ypatybes, kad atpažintumėte asmenį. Šis lankstumas renkantis ir apdorojant svarbią informaciją, ignoruojant nesvarbią informaciją, yra labai svarbus išlikimui ir veiksmingai sąveikai su aplinka.
Nors anksčiau buvo tiriamas, individualus neuroninių skaičiavimų, duodančių tuos pačius rezultatus, kintamumas yra menkai suprantamas ir jam trūksta išsamios sistemos. Tyrėjai iš Gamta tyrimo tikslas buvo suprasti šiuos mechanizmus.
Phys.org kalbėjosi su pirmuoju šio straipsnio autoriumi daktaru Marino Paganu, kuris atliko šiame dokumente aprašytus eksperimentus būdamas doktorantūros tyrėjas, prižiūrimas Carloso Brody Prinstono universitete.
„Kaip kompiuterių inžinierius, mane visada labai žavėjo mūsų smegenų gebėjimas atlikti sudėtingus skaičiavimus. Mane ypač domina pažinimo lankstumo supratimas. Gebėjimas yra labai svarbus mūsų kasdieniame gyvenime, o jo sutrikimas gali sukelti neurologinio vystymosi problemų. sutrikimų“, – sakė daktaras Paganas.
Kognityvinio lankstumo tyrimas
Tyrėjai siekė sukurti sistemą, kuri paaiškintų, kaip neuroniniai tinklai apskaičiuoja nuo konteksto priklausomą pasirinkimą ir susieja neuroninį ir elgesio kintamumą. Jie pradėjo mokydami žiurkes atlikti sprendimų priėmimo užduotis pagal išorinius klausos signalus. Jų sprendimas buvo pagrįstas dviem kintančiomis taisyklėmis.
Vietos taisyklė reikalauja, kad žiurkės reaguotų į garsinių paspaudimų serijos vietą. Kita vertus, dažnio taisyklė reikalavo, kad jie reaguotų į paspaudimų dažnį, nepaisydami jų buvimo vietos.
Konteksto užuomina prieš kiekvieną taisyklę informavo žiurkes, kurios taisyklės reikia laikytis. Taisyklės greitai pasikeitė, todėl žiurkės turėjo greitai pakoreguoti savo sprendimų priėmimo procesą.
„Žiurkės gali išmokti išspręsti šią užduotį labai tiksliai, o jų elgesio ir nervinės veiklos analizė daugelio bandymų metu leidžia tiksliai apibūdinti mechanizmus, kuriuos jos naudoja, kad pasirinktų kontekstui svarbius dirgiklius ir priimtų teisingus sprendimus“, – sakė dr. .
Norėdami suprasti, kaip žiurkės apdorojo kiekvieną užduotį, mokslininkai išmatavo žiurkių nervinį aktyvumą. Matavimai buvo užfiksuoti iš priekinių orientacinių laukų (FOF), smegenų regiono, dalyvaujančio priimant sprendimus ir orientuojantis į išorinius dirgiklius, ypač atsižvelgiant į elgesio koregavimą pagal kontekstą. Vėliau tai padėtų suprasti nuo turinio priklausomų sprendimų priėmimo mechanizmus.
Karkaso kūrimas
Tyrėjai sukūrė teorinę sistemą, paaiškinančią, kaip smegenys apskaičiuoja nuo konteksto priklausomą sprendimų priėmimą. Tai buvo pagrįsta trimis galimais dinaminiais sprendimais, kaip smegenys gali apdoroti informaciją.
Tada mokslininkai sukūrė RNN, kad imituotų, kaip kiekvienas sprendimas galėtų būti naudojamas žiurkėms pateiktoms užduočiai išspręsti. RNN yra dirbtinio neuroninio tinklo tipas, naudojamas mašininiam mokymuisi, skirtas tvarkyti nuoseklius duomenis, pvz., laiko eilutes arba modelius, kurie laikui bėgant keičiasi.
„RNN gali būti išmokyti išspręsti tą pačią užduotį kaip ir žiurkės, naudojant skirtingus mechanizmus. Mes apibūdinome jų nervinių reakcijų skirtumus, kurie buvo šių mechanizmų parašai. Tada taikėme tas pačias analizes žiurkių nerviniam aktyvumui ir nustatėme skirtingus neuronus parašų per atskirus gyvūnus“, – paaiškino daktaras Paganas.
Šis metodas leido jiems suplanuoti visą spektrą galimų strategijų, kurios galėtų išspręsti užduotį, ir suderinti jas su faktiniais nerviniais parašais, pastebėtais žiurkėse.
Ar visos smegenys naudoja tą patį mechanizmą tokio tipo sudėtingoms užduotims spręsti?
Ne. Tyrėjai nustatė, kad ne visos smegenys naudoja tą patį mechanizmą, kad išspręstų užduotį, net jei pasiekiamas tas pats rezultatas.
„Atskirų gyvūnų smegenų dinamikos matavimai skyrėsi, o tai rodo, kad skirtingos smegenys naudoja skirtingus mechanizmus, kad išspręstų tą pačią užduotį, nors iš pažiūros gali atrodyti, kad jų elgesys yra labai panašus. Šis rezultatas yra svarbus, nes jį buvo labai sunku ištirti toks individualus kintamumas anksčiau“, – pažymėjo daktaras Paganas.
Be to, komanda nustatė stiprią koreliaciją tarp nervinių reakcijų kintamumo ir elgesio rezultatų, nustatydama šių koreliacijų neuroninius parašus. RNN modelių rezultatai atitiko stebėtą žiurkių smegenų veiklą, patvirtindami jų pastebėtą didelį individualių skirtumų laipsnį atliekant tą pačią užduotį.
Kintamumas ir sutrikimai
Šis tyrimas yra pirmasis išsamus rėmas, skirtas nustatyti individualų kintamumą kontekste pagrįsto lankstaus sprendimų priėmimo metu, panaikinant atotrūkį tarp nervų veiklos ir elgesio. Rasti įrodymai yra konkretūs ir yra priemonė šiam kintamumui tirti.
Kalbėdamas apie tolesnį šio tyrimo plėtojimą, daktaras Paganas paminėjo dvi kryptis, kurios šiuo metu vykdomos Edinburgo universitete, kur jis yra Simonso iniciatyvos, skirtos besivystančioms smegenims (SIDB), grupės vadovas.
„Pirmasis dėmesys sutelkiamas į supratimą apie esminio kintamumo, stebimo skirtingose smegenyse, šaltinį. Norime sužinoti, ar šis kintamumas yra įgimtas ir iš anksto nustatytas nuo gimimo, ar jis išsivysto mokymosi metu”, – sakė jis.
„Antroji kryptis tiria, kaip kognityvinis lankstumas ir sprendimų priėmimas turi įtakos neurologinio vystymosi sutrikimams. Nors buvo padaryta didelė pažanga nustatant genetinius šių sutrikimų pagrindus, mechanizmai, jungiantys genetines mutacijas su pažinimo sutrikimais, tebėra menkai suprantami”, – padarė išvadą dr. Pagoniškas.