Cum funcționează învățarea în creier? Mecanismele neurobiologice ale învățării
De la reținerea versurilor unui cântec popular la asimilarea unor sarcini complicate într-un nou loc de muncă sau găsirea drumului către casa unui prieten, creierul nostru reprezintă un mecanism avansat de învățare care operează într-un mod silențios, dar extrem de eficient. Știința ne ajută să înțelegem din ce în ce mai bine cum informațiile externe sunt captate, procesate și stocate în mintea noastră, iar cercetările recente oferă detalii captivante despre plasticitatea sinaptică – mecanismul fundamental prin care creierul se adaptează la noi circumstanțe.
Ce înseamnă plasticitatea sinaptică?
În centrul procesului de învățare se află sinapsele – legăturile dintre celulele nervoase sau neuroni. Prin întărirea sau slăbirea acestor conexiuni, creierul poate crea și modifica rețele neuronale care sunt esențiale pentru memorare, raționament, emoție și acțiune.
Plasticitatea sinaptică se referă la abilitatea de a schimba forța conexiunilor sinaptice în funcție de experiențe și informații noi. Aceasta explică, de exemplu, cum reușim să învățăm o limbă străină, cum dezvoltăm abilități de conducere sau cum reținem detalii despre o rețetă nouă. Totuși, până de curând, mecanismele precise care determină care sinapse se ajustează și în ce mod, rămâneau în mare parte mistere.
Studiu inovator: cum învață efectiv creierul?
Un studiu realizat de cercetători de la Universitatea California din San Diego și publicat în revista Science aduce contribuții fundamentale la înțelegerea procesului prin care învățăm. Neurobiologii William “Jake” Wright, Nathan Hedrick și Takaki Komiyama au demonstrat că neuronii din creier nu respectă o singură regulă de învățare. În loc să facă asta, ei aplică simultan mai multe seturi de reguli, iar sinapsele sunt reglementate diferit în funcție de zona specifică a neuronului.
Aceasta sugerează că neuronii individuali pot procesa informații diverse în paralel, permițându-le să se adapteze mai rapid și mai eficient la noi circumstanțe. Descoperirea contrazice conceptul conform căruia învățarea este un proces omogen și deschide noi căi în înțelegerea modului în care funcționează creierul.
Problemă de atribuire a creditelor sau „problema meritelor”
Una dintre cele mai intrigante dileme în ceea ce privește învățarea este ceea ce cercetătorii denumesc “credit assignment problem” – adică, în termeni simplificați, dificultatea de a stabili care parte a sistemului a contribuit la succesul sau eșecul unei acțiuni. Dacă ne imaginăm fiecare sinapsă ca pe un angajat într-o companie imensă, cum își dă seama fiecare cum a fost o decizie bună sau greșită? Cum “învăță” să își ajusteze acțiunile?
Noile dovezi sugerează că neuronii oferă un răspuns ingenios: aceștia utilizează compartimente locale (din diferite zone ale structurii neuronale) pentru a analiza și ajusta sinapsele pe baza informațiilor disponibile la nivel local. Asemenea unei colonii de furnici, unde fiecare individ are o responsabilitate specifică, dar rezultatul este o organizare colectivă remarcabilă, neuronii adaptează independent porțiuni mici ale rețelei neuronale pentru a produce un comportament coordonat.
Implicații pentru Inteligența Artificială și terapiile neurologice
Această adaptabilitate a creierului oferă, de asemenea, o sursă valoroasă de inspirație pentru dezvoltarea rețelelor neuronale artificiale care stau la baza inteligenței artificiale. În prezent, majoritatea algoritmilor de învățare automată folosesc aceleași reguli pentru toate unitățile din rețea. Implementarea unui model analog celui biologic – în care unitățile individuale respectă reguli specifice – ar putea îmbunătăți performanța sistemelor AI, făcându-le mai adaptabile și mai eficiente.
