Как мозъкът се научава да прави изводи

резюме: Изследователите са открили как мозъкът обработва инференциални разсъждения, като записва активността на невроните на индивидите, докато учат чрез проба и грешка. Проучването разкри, че определени региони на мозъка, особено хипокампусът, създават геометрични невронни представи, когато хората успешно извеждат нови правила от предишни знания.

Тези констатации дават представа за това как концептуалното знание е кодирано в мозъка и може да информира бъдещите лечения за невропсихиатрични разстройства. Изследването също така показа, че сходни невронни модели се формират независимо дали ученето става чрез опит или вербални инструкции.

Ключови факти:

• Известно е, че хипокампусът е отговорен за пространствената памет и кодира когнитивни карти за логически разсъждения.
• Невронната активност е визуализирана като геометрични форми с големи размери по време на успешно мислене.
• Устните инструкции и обучението по метода проба-грешка създават сходни невронни представи.

източник: Колумбийския университет

Необходим е мозък, за да се заключи как кои и да е две неща в света са свързани помежду си, независимо дали това е начинът, по който лошото време е свързано със закъсненията при пътуване до работа или как условията на околната среда водят до еволюцията на видовете.

Ново проучване, базирано на записи в човешки мозъци, генерира огромно количество данни, които изследователите сега са използвали, за да разкрият, с по-голяма яснота от всякога, невронните въплъщения на инференциалното мислене.

„Започваме да разбираме как мозъкът се учи и как извличаме знания от това, което преживяваме“, каза д-р Ули Ротесхаузер, един от авторите на изследването и професор по неврология, неврохирургия и биомедицински науки в Cedars-Sinai Medical Center.

Проучването, проведено като част от мултиинституционален консорциум, финансиран от Националните здравни институти за изследване на мозъка чрез инициатива Advancing Innovative Neurotechnologies ® или BRAIN ® Initiative, беше публикувано онлайн днес в природа.

Използвайки електрически записи на повече от 3000 неврони при 17 доброволци с епилепсия, които са били подложени на инвазивен мониторинг в болница, за да идентифицират източниците на техните припадъци, изследователите събраха „уникален набор от данни, който ни позволява за първи път да наблюдаваме как мозъчните клетки представляват процес на учене, който е от решаващо значение за умозаключенията.” каза Стефано Фоси, доктор по философия, главен изследовател в Института за ум и поведение на Цукерман към Колумбийския университет и друг съавтор на изследването.

Докато изследователите записваха от невроните, учените предизвикаха участниците с проста задача за извод. В тази задача участниците откриха чрез проба и грешка правилните асоциации, които ги награждаваха с пари между снимки, като например снимки на кола или парче плод, и натискане на ляв или десен бутон.

След като участниците научиха тези асоциации за набор от изображения, изследователите превключваха между бутона, представляващ правилната асоциация за всяко изображение.

Първоначално доброволците направили неправилен избор, без да осъзнават, че асоциациите, които са научили преди това, са се променили. Въпреки това, тези грешки позволиха на доброволците бързо да стигнат до заключението, че новото правило за бутони с картинки е влязло в сила и те можеха да заключат, че всички нови правила за бутони с картини са се променили, дори тези, които все още не са изпитали. Учените сравняват тази експериментална задача със заключения от реалния живот, като тези, които пътуващите в чужбина често трябва да направят.

„Ако живеете в Ню Йорк и Лондон и летите до Обединеното кралство, знаете, че трябва да погледнете надясно, когато искате да пресечете пътя научихте, като живеехте в Лондон“, каза д-р Фаучи. Той също така е професор по неврология в колежа за лекари и хирурзи на Колумбийския университет и член на Центъра за теоретична неврология в Колумбийския университет.

„Дори ако посетите места, на които никога не сте били в Обединеното кралство, като провинцията в Уелс, стигате до заключението, че новите правила все още важат там. Все още трябва да гледате надясно, вместо наляво, когато пресичате пътя“, добави той.

„Тази работа демонстрира невронната основа на концептуалното знание, което е от съществено значение за разсъжденията, разсъжденията, планирането и дори регулирането на емоциите“, каза д-р Даниел Залцман, един от авторите на изследването. природа Написано от: Джон Зукерман, главен изследовател в института Зукерман и професор по психиатрия и неврология в колежа по лекари и хирурзи Вагелос на Колумбийския университет.

Но как тези видове мислене се изразяват физически в дейността на невроните? Използвайки математически инструменти, които д-р Фаучи усъвършенства, за да комбинира записи от хиляди неврони, изследователите преработват мозъчната активност на доброволците в геометрични изображения – форми – макар и заемащи хиляди измерения, а не познатите три измерения, които обикновено си представяме.

„Те са геометрични форми с големи размери, които не можем да си представим или видим на компютърен екран“, каза д-р Фуси. „Но можем да използваме математически техники, за да визуализираме опростени техни версии в 3D.“

Когато изследователите сравняват моделите на мозъчната активност между случаите, в които участниците са направили успешни изводи, със случаите, в които техните изводи са се провалили, се появяват явни разлики.

„В някои групи неврони по време на ученето видяхме преходи от неорганизирани представяния към тези красиви геометрични структури, които бяха свързани със способността да се правят дедуктивни разсъждения“, каза д-р Фаучи.

Нещо повече, изследователите са наблюдавали тези структури само в записи от хипокампуса, а не в други области на мозъка, които учените са наблюдавали, като амигдалата и областите на префронталния кортекс. Откритието е изненадващо, казаха изследователите, тъй като хипокампусът отдавна се разглежда като място на мозъка за въплъщаване на невронни карти на физическите пространства.

Новите открития показват, че той също е в състояние да създава когнитивни карти, свързани с мозъчните функции като разсъждение и учене.

Друго поразително откритие от изследването е, че доброволци, които научават асоциативните правила между картини и бутони само чрез вербални инструкции, а не чрез опит проба-грешка, въпреки това формират същите „красиво организирани невронни репрезентации в хипокампуса“, ​​д-р Ротисхаузер каза.

Това е важно наблюдение, каза той, защото докато хората често се учат един от друг чрез вербален обмен, ние знаем малко за това как вербалната информация променя невронните представи.

„Вербалните инструкции са начинът, по който изграждаме знания за неща, които никога преди не сме изпитвали. Нашата работа сега показва, че вербалните инструкции водят до много подобни организирани невронни представяния в сравнение с тези, които са резултат от учене чрез преживяване“, добави д-р Ротисхаузер.

Изследователите подчертават, че нито едно от тези открития не би било възможно без сътрудничеството и доброволното участие на пациенти с резистентна към лекарства епилепсия, които са били в болница след операция.

Лекарите на пациентите са имплантирали електроди за временно събиране на неврологични данни с цел определяне на източника на епилептичните припадъци на всеки човек, с крайната цел тази информация да се използва за по-нататъшно хирургично или невромодулационно лечение.

„Тези хора ни дадоха ценна възможност да научим нещо ново за това как работят нашите мозъци“, каза д-р Ротесхаузер.

Д-р Тауфик Валиант, научен сътрудник в Изследователския институт Кремпел и Катедрата по неврохирургия в Университета на Торонто, допринесе за това проучване, като включи пациенти. Дипломантът Христос Курилис и постдокторантът Юри Минкса, д-р, в Медицинския център Сидърс-Синай и Калифорнийския технологичен институт, също извършиха по-голямата част от събирането и анализа на данните от проучването.

„Това проучване предоставя нови прозрения за това как нашите мозъци ни позволяват да учим и изпълняваме задачи гъвкаво и в отговор на променящите се обстоятелства и преживявания“, каза д-р Мерав Сабри, програмен директор на Brain Initiative.

„Тези идеи се основават на набор от знания, които един ден може да ни доведат до интервенции за лечение на невропсихиатрични състояния, включващи дефицити в паметта и вземането на решения.“

Относно тези новини за изследване на невронауките

автор: Еван Амато
източник: Колумбийския университет
комуникация: Еван Амато – Колумбийски университет
изображение: Изображението е взето от Neuroscience News

Оригинално търсене: Достъпът е отворен.
„Абстрактните представи се появяват в човешките хипокампални неврони по време на разсъждение„От Uli Roteshauser et al. природа

резюме

Абстрактните представи се появяват в човешките хипокампални неврони по време на разсъждение

Хората имат невероятна когнитивна способност бързо да се адаптират към променящата се среда. Основна сила на тази способност е способността да се формират абстрактни представяния на високо ниво, които се възползват от закономерностите в света, за да подкрепят обобщението.

Въпреки това, малко се знае за това как тези представяния са кодирани в групи от неврони, как се появяват чрез обучение и как са свързани с поведението.

Тук характеризирахме представителната архитектура на невронни популации (единични единици), записани в хипокампуса, амигдалата, медиалния префронтален кортекс и вентралния темпорален кортекс на неврохирургични пациенти, изпълняващи задача за умозаключение.

Открихме, че само невронни репрезентации, формирани в хипокампуса, кодират много променливи на задачите едновременно в абстрактен или несинаптичен формат.

Тази представителна архитектура се наблюдава уникално, след като пациентите се научат как да правят изводи, и се състои от важни латентни променливи, които са пряко наблюдавани и откриваеми.

Научаването как да се разсъждава чрез проба и грешка или чрез вербални инструкции доведе до формирането на хипокампални изображения с подобни геометрични свойства.

Наблюдаваната връзка между репрезентативната форма и поведението на извода предполага, че абстрактната и дискретна репрезентативна геометрия е важна за сложното познание.