Geist-Rewind: Gehirn laufen in umgekehrter Richtung

Konfrontiert mit einem neuen Lernaufgabe unser Gehirn Ereignisse in umgekehrter Richtung, ähnlich wie ein Video auf zurückspulen, Wiedergabe, schlägt eine neue Studie.

Diese Art der Rückwärts-Wiedergabe ist auch in der künstlichen Intelligenz Forschung zur Computer Entscheidungen zu helfen. Der Befund könnte erklären, warum wir Aufgaben leichter lernen, wenn wir häufige Studie Pausen machen: die Pausen zwischen den Sessions geben unsere Gehirne Zeit, Informationen zu überprüfen.

Der Befund war in einer Februar 12 Online-Ausgabe der Fachzeitschrift Naturedetailliert.

Ratten laufen

Die Forscher Maßen die Aktivität des Gehirns bei Ratten als die Tiere hin und her auf eine lineare Strecke lief. Sie überwacht insbesondere eine Gehirnregion namens den Hippocampus, die wichtig für Gedächtnis und Navigation in beiden Ratten und beim Menschen bekannt ist.

Wenn die Ratten eine Runde abgeschlossen, erhielten sie eine Belohnung. Nach dem Essen, pausieren würde die Tiere kurz vor dem Start noch eine Runde. Nach außen hin schien die Ratten nicht zu viel während dieser Ruhezeiten zu tun. Sie zappeln, pflegen oder noch bleiben. Die Aufnahmen des Gehirns erzählt eine andere Geschichte, jedoch. In Zeiten der Ruhe war eine Ratte Hippocampus eine Brutstätte der Aktivität.

Wie die Nagetiere auf und ab der Strecke lief, feuerte hippocampale Zellen in bestimmten Mustern. Dies wiederholt vom Feuern wenn die Tiere ausgeruht, aber in umgekehrter Reihenfolge. Die Rückseite-Replays wurden mehrmals wiederholt; jeder Aufnahme dauerte nur ein paar hundert Millisekunden.

"In diesem komprimierten Zeit, die Ratte Wiedergabe ist die gesamte Strecke von wo es derzeit ganz zurück zum Anfang", sagte Studie Teammitglied David Foster vom Massachusetts Institute of Technology. "Dieses Ergebnis legt nahe, dass die unmittelbare Erfahrung tatsächlich mehrmals wiederholt wird. Die Verarbeitung geht außerhalb der ursprünglichen Erfahrung kann für das Lernen wichtig sein."

Eröffnungszüge

Der Befund erklären könnte wie Ratten lösen etwas, nennt die "zeitliche Zuordnung Kreditproblem." Und weil Hippocampus bei Ratten und Menschen viele der gleichen Funktionen ausführen, die aktuelle Studie legt nahe, dass unser Gehirn auf die gleiche Weise funktionieren können.

Das Problem, ein klassisches Dilemma in der Entscheidungstheorie, ist Folgendes: Wenn ein Tier hat eine Abfolge von Aktionen durchführen, bevor es eine Belohnung zu erhalten, wie funktioniert es wissen, welche Aktionen letztlich wichtig waren und die waren nicht? Sind Aktionen direkt vor die Belohnung leicht zu erkennen wie wichtig, aber was ist mit Aktionen zu Beginn der Sequenz durchgeführt? Welche davon wichtig waren?

Richard Sutton, Informatiker an der University of Alberta, Kanada, die nicht an der Studie beteiligt war vergleicht das Problem zum ersten Mal Backgammon spielen.

"Wie beurteilen Sie die Öffnung ziehen wenn Sie nicht wissen, wie man noch spielen?" sagte er.

In den Bereichen Informatik und künstliche Intelligenz ist die zeitliche Zuordnung Kreditproblem gelöst, indem er die Maschinen arbeiten rückwärts, wiedergeben von Ereignissen im Rückwärtsgang und Zuweisen von mehr Kredit zu Aktionen am Ende einer Sequenz als denjenigen zu Beginn.

"Weißt du, dass der letzte Schritt war das richtige zu tun, so können Sie diese Informationen zurück durch den Satz von Aktionen, die den Endzustand im Vorfeld getroffen wurden," sagte Foster in einem Telefon-Interview.

Wenn umgekehrte Wiederholung auch beim Menschen stattfindet, könnte es erklären, warum Pauken Stunden vor einem Test in der Regel nicht funktioniert. Der neue Befund suggeriert, dass unser Gehirn Sie am besten erfahren, wenn es häufige gibt Pausen zwischen den Sitzungen Studie; Während dieser Unterbrechungen unser Gehirn unbewusst überprüft die neuen Informationen mehrmals, erleichtert das Gedenken zu begehen, wenn die Zeit kommt.

Wie umgekehrte Wiederholung zu lernen führt

Wissenschaftler haben lange bekannt, dass die Freisetzung von chemischen Molekül Dopamin ein wichtiger Teil des Belohnungssystems im Gehirn ist. Die Freisetzung dieses Neurotransmitters überflutet uns mit Gefühlen der Freude und motiviert uns, bestimmte Tätigkeiten auszuführen.

Wenn dieses Wissen mit dem neuen Vorschlag gekoppelt ist, dass unser Gehirn neue Erfahrungen in umgekehrter Reihenfolge wiedergeben können, entsteht ein möglicher Mechanismus für lernen, sagte Foster.

Die Forscher vermuten die Existenz eines speziellen "Bereich schätzen" des Gehirns, wo Dopamin Signale und rückwärts-Wiedergabe Signale eingespeist, gepaart werden. Wenn das Dopamin-Signal, die im Laufe der Zeit zerfällt gehört, was bedeutet, dass es zu Beginn der Übertragung als am Ende stärker, dann kann Folgendes passieren:

Wie ein umgekehrter Replay-Signal im Bereich des Gehirns Wert heraus spielt, ist es der Beginn eines starken Dopamin-Signals zugeordnet; während die Wiedergabe fortfährt, wird die Dopamin-Signal schwächer. In diesem Szenario werden Maßnahmen in der Nähe von Beginn der Veranstaltung eine umgekehrte Wiederholung eines Organismus wichtiger als später ergriffenen Maßnahmen.

Hinweise in der Psychologie

Sutton, sagte, er wäre nicht überrascht, wenn die umgekehrte Wiedergabe in Tiere sowie Maschinen aufgetreten ist. Wenn überhaupt, hatte sagte er, dieser Mechanismus lange aus frühen psychologischen Experimenten, wie Ivan Pavlovs klassischen Konditionierung Experimente mit Hunden vermutet worden.

"Pavlov klingelte und gab dem Hund das Steak und nach einer Weile einfach Läuten der Glocke hat gelohnt", sagte Sutton LiveScience. "Also irgendwie funktionierte es rückwärts aus dem Steak auf die Glocke."

Foster ist damit einverstanden, aber hinzugefügt, dass die aktuelle stellen wir Züge der Verbände gehen viel weiter zurück Studie als bisher angenommen.

"Die Tiere dauert einige Sekunden, bis herum, laufen, so dass diese Replay könnte senden diese Informationen wieder über mehrere Stufen und eine lange Abfolge von Aktionen zu belohnen,", sagte Foster. "Es ist diese lange Sequenz, was neu ist."

Die aktuelle Studie betrachtete spezifisch räumliche lernen; jedoch ist bei Ratten, und wahrscheinlich beim Menschen auch der Hippocampus in anderen Arten des Lernens sowie beteiligt.

"So [umgekehrte Wiederholung] einen Mechanismus zur Bewältigung einer Vielzahl von Informationen, nicht nur räumliche, sehr gut sein könnte", sagte Foster.

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