Mózg zmienia zasady gry. Uczy się na sposoby, których nie znaliśmy

Mechanizmy uczenia się nie są uniwersalne

Wszyscy znamy to uczucie, gdy zapamiętujemy numer telefonu albo znajdujemy sprytny sposób na złożenie prześcieradła. To właśnie wtedy nasz mózg się uczy. Jednak nie robi tego tak, jak przez dekady sądzili naukowcy. Nowe badania pokazują, że mechanizmy uczenia się są znacznie bardziej elastyczne i zróżnicowane, niż dotąd przypuszczano.

Przez dekady dominowała teoria zwana „uczeniem hebbowskim”. W skrócie chodziło o to, że gdy dwa neurony „strzelają” razem, ich połączenie się wzmacnia. To miało tłumaczyć, jak zapamiętujemy daty, uczymy się jeździć na rowerze czy rozpoznajemy melodie z dzieciństwa.

Ale zespół z Uniwersytetu Stanforda postanowił zajrzeć głębiej. Badacze wykorzystali specjalne świecące biosensory, by podglądać w czasie rzeczywistym, jak mózgi myszy uczą się prostego zadania – reagowania na dźwięki i naciskanie dźwigni. I tu zaczęły się niespodzianki w mechanizmach uczenia się.

Okazało się, że tylko część synaps, czyli maleńkich połączeń między neuronami, działała zgodnie z klasyczną teorią. Inne po prostu… wybrały własną drogę. Nawet w obrębie jednego neuronu różne „gałązki” stosowały odmienne strategie, jakby każda kierowała się swoimi zasadami. To dowód na to, jak złożone są mechanizmy uczenia się w mózgu.

„Nasze wyniki pokazują, że podczas uczenia się w żywym organizmie w różnych częściach dendrytów tego samego neuronu działają odmienne zasady plastyczności synaptycznej” – piszą autorzy badania opublikowanego na łamach Science. 

„Nawet siostrzane dendryty tego samego neuronu mogą wykazywać uderzająco odmienne reguły uczenia się” – dodają.

Polecamy: Struktura kosmosu i sieć neuronowa. Podobieństwo to nie przypadek

Mózg zmienia się całe życie – to dobra wiadomość

To, że nasze neurony uczą się na różne sposoby, ma jeszcze jedną ważną konsekwencję: pokazuje, jak plastyczny jest ludzki mózg. Neuroplastyczność, czyli zdolność mózgu do zmieniania się i adaptowania, nie kończy się w dzieciństwie. Trwa przez całe życie.

Jeśli ktoś po udarze musi na nowo nauczyć się mówić, to właśnie dzięki mechanizmom uczenia się opartym na neuroplastyczności jego mózg potrafi przeorganizować obwody i przekazać dawne funkcje nowym neuronom.Ten sam proces zachodzi, gdy senior zaczyna uczyć się czegoś nowego albo gdy rozwiązujemy krzyżówki, by utrzymać umysł w dobrej kondycji. To dowód na to, że nigdy nie jest za późno, by się rozwijać, zmieniać nawyki czy trenować pamięć. Mechanizmy uczenia się sprawiają, że mózg lubi wyzwania i nowe bodźce.

Odkrycia ze Stanforda mogą też wstrząsnąć światem technologii. Większość obecnych sieci neuronowych działa według jednej głównej zasady: każda jednostka uczy się w ten sam sposób, przekazując informacje dalej w przewidywalnym rytmie. Jeśli mózg używa różnych strategii jednocześnie, może warto go podpatrzeć?

Zamiast „uniwersalnych” sieci AI, przyszłe systemy mogłyby być bardziej elastyczne. Niektóre ich fragmenty mogłyby uczyć się szybciej, inne wolniej, jeszcze inne dostosowywać się do rodzaju danych. To byłoby coś na kształt sztucznej neuroplastyczności. Innymi słowy: zamiast budować maszyny, które uczą mechanizmy, można tworzyć takie, które uczą się jak ludzie. Z błędami, próbami, ale też genialnymi skrótami i nieoczywistymi powiązaniami.

Jeszcze wiele pytań

To dopiero początek zmian w naszym rozumieniu mózgu. Dlaczego jedna synapsa działa inaczej niż druga? Co sprawia, że neuron wybiera właśnie tę, a nie inną ścieżkę? I jak przełożyć tę wiedzę na konkretne zastosowania? 

Choć badania wciąż mnożą pytania, jedno nie ulega wątpliwości. Dzięki mechanizmom uczenia się mózg pozostaje najbardziej kreatywnym uczniem, jakiego znamy. I jeszcze nie raz te mechanizmy nas zaskoczą.

Polecamy: Uczenie się dorosłych jest łatwe. Wiek nie ogranicza nauki