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神经科学家发现学习限制了进一步的学习

为什么一位大师音乐家可以立刻学到一个新的分数,但是在学习别的东西时遇到困难,比如滑板技巧?神话中有没有任何真相,你只使用了大脑的10%?最近在KTH皇家理工学院进行的一项神经科学研究提供了一些关于新学习的局限性以及大脑如何适应开发新技能和知识的答案。

毫无疑问,我们100%的大脑确实有功能,但近年来实验观察表明大脑活动只有大约10个自由度。这意味着神经元以这样的方式连接,即只有一组选定的模式是可能的。该组被称为电路的“内在流形”,它允许大脑产生某些神经活动的基本模式。

“因此,在某种意义上,大脑的活动受限于这些基本模式,”KTH研究神经科学家Arvind Kumar说。“大脑无法产生理想情况下可能存在的所有活动模式。”

库马尔和博士学生EmilWärnberg构建了尖峰神经网络,专门测量猴子学习新任务所需的大脑活动变化。

在2014年匹兹堡大学进行的计算机 - 大脑界面实验中,研究人员发现,如果动物被迫学习一项新任务,需要不属于内在歧管的活动模式,那么动物要么不能学习任务,或者花了很长时间,韦恩伯格说。在KTH,Kumar和Wärnberg现在在数学上表明,很容易重新组织神经活动的基本模式,在内在流形中形成新的模式;但是,学习一种新的基础模式需要“大脑 - 如果不是完全 - 重新连接大脑中的网络”。

“实验结果表明,内在歧管中的图案由基本图案的加权组合构成,就像彩色显示器通过对原色红色,蓝色和绿色进行加权而给出真实色彩的印象一样,”Wärnberg说。调整现有颜色通道很容易,但添加新颜色通道非常困难,因为它需要新鲜混合原色。

同样地,创建位于原始流形之外的模式需要对神经元进行彻底的重新布线 - 即使不是不可能,动物也很难找到。

该研究提供了一种解释,说明这些神经活动的多样性如何促成大脑的计算。库马尔说,在学习一组任务的过程中,大脑获得了连接以有效地执行任务,但这种新的连接限制了神经活动并阻止了对不同任务的学习。“实际上,学习限制了学习。

“这解释了为什么一旦你学会了如何在道路的左侧行驶,比如在印度或英国,你会发现很难在欧洲或美国开车,他们在右边开车,”他说。

库马尔说,这些结论为学习提供了新的见解,可以为更好的脑机接口铺平道路,这些接口用于将大脑直接连接到数字硬件。

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