Neuroveda majstrovstva prostredníctvom učenia sa pokusov a omylov

Tlačová správa z 3. mája 2018 o špičkovom výskume buniek Purkyňovej, ktorý sa uskutočňuje v spoločnosti Johns Hopkins Medicine, „Dekódovanie učiaceho sa mozgu“, popisuje mozoček ako „učebný stroj“ v mozgu cicavcov. Ich najnovšia štúdia na opiciach ukazuje, že Purkyňove bunky predpovedajú a naučia sa zvládať zložité úlohy neustálym opravovaním malých chýb. Postupom času sa chyby znižujú a zvyšuje sa presnosť. Výsledkom bude časom to, čo nazývam “ nadbytočnosť .’

Ako atletický príklad cerebellárneho majstrovstva založeného na Purkyňach vyhlásenie uvádza: „Keď sa ľudia učia strieľať basketbal, zvyčajne mnohokrát minú, než dostanú jeden zásah obručou. Keď sa ruka pohybuje, mozoček predpovedá dôsledky akcie. Keď predpoveď nezodpovedá realite - to znamená, že loptičke chýba obruč - mozoček dostane spätnú väzbu od očí a paže, aby sa poučil z chyby, a doladí faktory, ako je cieľ, sila a uvoľnenie, aby vytvoril kôš. Toto učenie sa pokusom o pokus od chyby produkuje postupné zlepšovanie výkonu. “Rovnaký proces cerebelárneho učenia sa pokus a omyl sa vyskytuje v každom športe a pomáha vysvetliť, prečo je prax dokonalá. Je pozoruhodné, že „oko pre loptu“ je tiež priamo spojené s mozočkom a našim vestibulo-očným reflexom (VOR).

Purkyňove bunky zvládajú pokusy a omyly pomocou „jednoduchých“ a „zložitých“ hrotov

Podľa najnovšieho výskumu od Johna Hopkinsa Purkyňove bunky komunikujú prostredníctvom dvoch typov elektrických signálov nazývaných „jednoduché hroty“ a „zložité hroty“. Jednoduché hroty odrážajú predpovede, ktoré vytvárajú bunky Purkyňovej o optimálnych pohyboch. Komplexné hroty odrážajú informácie odoslané späť do zhluku Purkyňových buniek, aby im dali vedieť, či došlo k chybe v predpovedi, alebo či bolo načasovanie a rýchlosť pohybu presné. Pre každú jedinečnú motorickú zručnosť dostanú všetky špecializované bunky Purkinje rovnaké chybové hlásenie a zdá sa, že fungujú v zhode, keď robia príslušné motorické opravy na základe konkrétnej chyby.

„Môžete si myslieť, že jednoduché hroty sú„ študentom “, ktorý predpovedá, a zložité hroty ako„ učiteľom “, ktoré poskytujú spätnú väzbu,“ uviedol Shadmehr vo vyhlásení.

Podľa Shadmehra „jednou z výhod architektúry malého mozgu je, že chráni spomienky.“ Akonáhle je svalová pamäť potrebná na vykonanie niečoho, čo je primárne mozočkové (napríklad jazda na bicykli), zatĺkaná a ukovaná do vašich Purkyňových buniek, jednoduché a zložité hroty spojené s koordináciou tejto motoriky sú pevne prepojené.

Touch-Typing Relies on Purkinje-Based Cerebellar Learning

Osvojenie si zručnosti „písania dotykom“ bez toho, aby ste sa dívali na klávesnicu, je dokonalým každodenným príkladom učenia sa pokusom a omylom založeným na Purkyňových bunkách. Až budete nabudúce pri klávesnici, položte konce ľavého a pravého ukazováka na malé ryhy nachádzajúce sa na klávesoch „F“ a „J“. Ak dáte ruky do tejto „domácej polohy“, vedie váš mozog automaticky k poznaniu, kde sa nachádzajú všetky vaše prsty, v súvislosti s konkrétnymi klávesmi. To vytvára predvídateľnosť prostredníctvom cerebelárnej propriocepcie.

Môžeš písať " rýchla červená líška preskočí lenivého hnedého psa "bez toho, aby si sa pozrela na klávesy? Ak áno, koľkokrát za minútu dokážeš napísať týchto 10 slov? Táto veta má všetky písmená abecedy a je zlatým štandardom pre testovanie niekoho dotykovej schopnosti. Cvičením prstami sa implicitne naučí, kde sú umiestnené všetky klávesy, a vy zvládnete písanie až 40 slov za minútu (WPM), čo sa považuje za „priemernú“ rýchlosť.

Na základe najnovšieho výskumu spoločnosti Johns Hopkins o učení pokusov a omylov by sa dalo špekulovať, že čím viac si precvičujete opravy chýb pri písaní “ rýchla líška preskočí lenivého hnedého psa „že zhluky Purkyňových buniek sa vylaďujú tak, aby si túto schopnosť osvojili pomocou jednoduchých a zložitých hrotov.

Je zaujímavé, že akonáhle je implicitná schopnosť vášho mozočku predpovedať, kde sa nachádzajú príslušné písmená, bez toho, aby ste sa dívali dolu, väčšina dotykových typistov nakoniec stratí svoje mozgové vedomosti a deklaratívnu pamäť, keď dokáže povedať, kde sa každé písmeno nachádza na klávesnici QWERTY. Anecdotálne môžem tento jav potvrdiť. Ako niekto, kto píše na klávesnici už od strednej školy, aby som mohol opísať dva klávesy s braillovými hrebeňmi, musel som sa dívať dole na klávesnicu a overiť, či sú tipy „F“ a „J“ tam, kde intuitívne umiestňujem tipy. mojich ukazovákov zakaždým, keď začnem písať.

Keby sa vás niekto spýtal, kde sú na klávesnici QWERTY umiestnené domáce klávesy (A, S, D a F pre ľavú ruku a J, K, L a bodkočiarka pre pravú ruku), vedeli by ste odpoveď? (Niektoré drobnosti: Názov tohto štandardizovaného rozloženia klávesnice pochádza zo sekvencie šiestich písmen v ľavom hornom riadku.)

Ďalej je uvedené dvojminútové video výskumníkov z Vanderbiltovej univerzity, ktoré ilustruje, ako sa môžeme naučiť automaticky písať bez akejkoľvek výslovnej znalosti toho, kde sa konkrétne klávesy s písmenami nachádzajú:

Poškodenie štruktúry alebo funkčného prepojenia malého mozgu môže mať zásadný vplyv na schopnosť niekoho plynulo koordinovať a vykonávať motorické pohyby. Choroby postihujúce mozoček majú zvyčajne za následok rôzne formy ataxie a dysmetrie. Jednou z potenciálnych aplikácií najnovšieho výskumu Johna Hopkinsa na Purkyňových bunkách a cerebelárneho procesu učenia sa pokusov a omylov by mohol byť vývoj sofistikovanejších metód diagnostiky cerebelárnych abnormalít.

16. apríla bol tiež publikovaný ďalší dokument „Locomotor Activity Modulates Associative Learning in Mouse Cerebellum“. Prírodoveda. Táto štúdia zistili, že myši, ktoré bežia rýchlejšie na bežiacom páse, sa učia úlohy s implicitnou pamäťou rýchlejšie ako ich pomalšie bežiace náprotivky. Viac sa dozviete v časti „Prečo rýchlejší beh urýchľuje učenie v cerebelle?“

John Eccles, Janos Szentágothai a Masao Ito. „Mozoček ako neurónový stroj.“ New York: Springer Verlag; (1967)

David Marr. „Teória mozgovej kôry“ The Journal of Physiology (1969) DOI: 10,1113 / jphysiol.1969.sp008820

James S. Albus. „Teória mozgovej funkcie.“ Matematické biologické vedy (1971) DOI: 10.1016 / 0025-5564 (71) 90051-4

Piergiorgio Strata. „Teória Davida Marra o cerebrálnom učení: o 40 rokov neskôr“ The Journal of Physiology (2009) DOI: 10.1113 / jphysiol.2009.180307

Catarina Albergaria, N. Tatiana Silva, Dominique L. Pritchett a Megan R. Carey. „Lokomotorická aktivita moduluje asociatívne učenie v malom mozgu.“ Prírodoveda (Publikované online: 16. apríla 2018) DOI: 10.1038 / s41593-018-0129-x