新的研究发现,大脑学习时比我们想象的更灵活

没有人真正知道如何在你的大脑活动进行学习新任务,但是新的研究来自卡内基梅隆大学和匹兹堡大学的显示,大脑的各种机制和约束它的适应度神经活动时学习的几个小时。新研究发现,当学习一个新任务时,大脑比之前认为的更灵活。

这项研究发表在自然神经科学,检查发生的变化大脑当学习一个新任务。要真正了解神经活动变化在学习期间,我们需要更大数量的神经元,而不是一次一个神经元,这是迄今为止标准方法。

研究小组使用了脑-机接口(BCI),在主体移动电脑屏幕上的光标,觉得孤单。学习演奏一种新的运动,他们发现受试者学会更准确地控制光标与实践。然后他们学习期间调查活动在大脑中如何改变,使改进后的性能。他们发现,在几个小时的时间尺度,大脑神经活动并不重新配置其最大化它移动光标的速度和准确度。

“在这个实验范式,我们可以跟踪所有的神经元会导致行为的改进,同时看看他们是如何改变的,”史蒂夫说,副教授生物医学工程卡内基梅隆大学和研究中心的神经基础认知。“当我们这样做,我们看到的是一个非常受限组发生的变化,这导致次优的性能改进。所以,这意味着有限制,限制你的大脑是多么灵活,至少在这些短时间尺度。”

当我们学习一个新任务时,我们不能即时学习水平,部分原因在于,大脑中的神经元连接起来。学习需要时间,和有神经元机制可以改变他们的方式互相交流,使学习一些可以快速、和一些可能需要更长的时间。研究小组发现,大脑运作下比当初想象的要更严格的约束,导致在短期内,良好的学习但表现不佳在控制BCI游标。

想象一个网球运动员的朋友问她打壁球。当她拿起壁球球拍,比使用网球拍她轻,它有一个稍微不同的平衡点。但自从她是一个很好的网球运动员,这种差异在球拍不会引起她完全错过了球。她迅速调整,但她并没有立即拿起摇摆的壁球运动员。真正成为一个专家,这需要长时间的训练和新设备。然而,她经历过壁球的朋友很快就会看到,她是一个网球运动员,因为直到她学会了适当的技巧,她会摆动的壁球球拍一样的她网球拍。

“就像需要时间训练一个人摇摆壁球拍像一个专家,这需要时间来训练一个神经元产生理想的活动模式,”拜伦Yu说,生物医学工程的副教授和卡内基梅隆大学电气和计算机工程。“当面对一个新的任务,我们发现大脑是受限的神经活动模式,现在能够生成并使用它们尽可能有效地在这个新的任务。”

“当我们学习,首先大脑往往不会产生新的活动模式,但重新活动模式就已经知道如何产生,”亚伦巴蒂斯塔说,生物工程学系的副教授匹兹堡大学的。“学习的几个小时是次优的。第一次学习新事物时,我们的大脑似乎并不能够改变其活动以最好的方式让我们精通新技能……”

获得一种技能是非常困难的,它需要大量的时间和大量的练习。但当你第一次开始学习一项新的技能,你的大脑必须迅速调整到新的任务。研究人员发现,大脑是受限的神经活动模式已经知道并使用它们的新任务。通过再利用神经元模式大脑已经能够产生,大脑一个“快速和肮脏的修复”适用于所面临的新问题。

说:“我们预计这一结果马修Golub博士后在卡内基梅隆大学电气和计算机工程。“学习更有限的几个小时比我们都希望当我们开始这个。我们都惊讶,大脑不能够选择最好的策略。”

这项研究是合作完成的认知神经基础中心,跨校研究和教育计划之间的卡内基梅隆大学和匹兹堡大学的利用每个机构的优势探讨认知和神经机制,产生生物情报和行为。