Pobudzenie a uczenie się. Jak mózg reaguje na zaskoczenie

Mózg musi rozpoznać nową regułę

Zwykły poranek: wychodzisz o tej samej porze na ten sam przystanek i czekasz na swój autobus, który powinien przyjechać o konkretnej godzinie. Nie zastanawiasz się nad tym, po prostu to robisz, bo mózg działa według dobrze znanego schematu. Mija jednak kilka minut, a autobus nie przyjeżdża. Sprawdzasz aktualny rozkład jazdy i orientujesz się, że ten został zmieniony. A więc i Ty musisz dostosować swoją dotychczasową rutynę do nowych okoliczności.

Naukowców z Brown University zainteresowało, jak mózg reaguje na zaskoczenie. Dowiedli, że takie pobudzenie organizmu może pomóc mózgowi ocenić, czy zdarzenie było przypadkowe, czy właśnie zmieniły się zasady gry. To szczególnie ważne, ponieważ nie każdy wyjątek powinien prowadzić do zmiany naszego zachowania.

Podobnie jest w przypadku kawy. Jeżeli na co dzień pijemy ją gorącą, a dzisiaj jest letnia, możemy uznać, że tylko dziś ktoś przygotował ją dla nas inaczej. Jeśli jednak już kolejny raz z rzędu dostajemy letnią kawę, możemy przypuszczać, że coś zmieniło się trwale. Właśnie w takim przypadku ważna jest reakcja mózgu na zmianę, ponieważ musi rozstrzygnąć, czy to wyjątek czy nowa reguła.

Jak działa mózg?

Badacze używają pojęcia latent state, co oznacza ukryty stan. Chodzi o wewnętrzny model, który opisuje, jak funkcjonuje świat w danym momencie. Według tej teorii to układ pobudzenia może pomagać rozpoznać moment, w którym mózg powinien „przestawić się” na nowe zasady.

Aby dowiedzieć się, jak to działa, eksperci przeprowadzili eksperyment. Zmierzyli m.in. wielkość źrenic, których wielkość zależy m.in. od światła, ale może też być wskaźnikiem pobudzenia układu nerwowego. Wyniki opublikowane w czasopiśmie Nature Human Behaviour jasno pokazały, że im bardziej zdarzenie wyglądało na rzeczywistą zmianę sytuacji, tym silniejsza była reakcja źrenic. To oznacza, że ta sama niespodzianka może mieć dla mózgu zupełnie inne znaczenie w zależności od kontekstu i sytuacji. Mimo to sprawa nie jest taka prosta.

Dwie niespodzianki, dwie strategie

Eksperyment obejmował dwie odmiany zdarzeń. Pierwszy typ – changepoint – oznaczał trwałą zmianę reguły. Drugi – oddball – był jednorazowym zakłóceniem, po którym wszystko wracało do normy.

Pobudzenie a uczenie się. Jak aktywacja wpływa na zapamiętywanie?

Różnica między nimi była widoczna w tempie uczenia się. Po sytuacjach typu changepoint większe pobudzenie mózgu charakteryzowało się szybszym dopasowaniem do nowych warunków. W przypadku sytuacji typu oddball sytuacja była odwrotna. Większe pobudzenie mózgu wiązało się z wolniejszym uczeniem.

Ta ostatnia zależność może być mechanizmem obronnym naszego mózgu. Jeśli dostosowywalibyśmy się do każdego wyjątku, zbyt łatwo zmienialibyśmy zachowanie pod wpływem pojedynczych przypadków.

Badanie pokazało także, że jeśli rzeczywistość mocniej zwiastuje zmianę, mózg mniej kurczowo trzyma się tego, co znał już wcześniej. Wniosek? Skuteczne uczenie się to nie tylko zbieranie nowych informacji. Czasem trzeba też szybko zauważyć, że stara reguła właśnie przestała działać.

Po wyjątku pojawia się jeszcze jeden sygnał

Jednym z ciekawszych wniosków amerykańskich naukowców jest to, że po zdarzeniach typu oddball badacze obserwowali dodatkową reakcję źrenic związaną z momentem kolejnego przewidywania. To z kolei sugeruje, że organizm pomaga przygotować mózg do następnego kroku.

Co naprawdę pokazują źrenice?

Badanie pokazuje przede wszystkim, że nie każde zaskoczenie oznacza zmianę reguł. Właśnie dlatego jeśli raz autobus się spóźnił, to wcale nie oznacza, że trzeba przeorganizować codzienną rutynę. Kiedy jednak regularnie przyjeżdża o innej godzinie, to sygnał, że naprawdę zmieniły się zasady.

Właśnie dlatego mózg musi znaleźć równowagę między między trzymaniem się dotychczasowej reguły a gotowością do jej zmiany. A układ pobudzenia, jak donoszą wyniki najnowszego badania, jest jednym z elementów tego systemu.

Warto przeczytać: Uczenie się wymaga synergii. Tak wpływa na nie dopamina i serotonina