хочу все знать: как мы учимся?
Jun. 2nd, 2017 06:09 pm![[personal profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/user.png){kind=small}
avvaЯ хотел бы понять, что на самом деле известно нейробиологам о том, как мы учимся что-то делать.
Загадочный процесс обучения кажется мне ключевым для понимания того, как мы вообще чего-то добиваемся. Когда мы учимся что-то делать (ловить мяч, играть на музыкальном инструменте, говорить на чужом языке, ходить...), это всегда включает в себя множество повторений с осознанной обратной связью, т.е. мы сознательно понимаем, что мы это делаем хорошо/плохо/лучше/хуже. Со временем правильное движение мускулов (пальцев рук, рта и языка, ног...) становится автоматическим или полуавтоматическим - мы чему-то научились. С одной стороны, этот процесс требует осознанной коррекции: просто повторять много раз, не получая обратной связи и не осмысливая ее, обычно не помогает. С другой стороны, этот процесс не поддается сознательному управлению. Невозможно (к сожалению?) срезать путь и сказать себе: я знаю, что пальцы для игры на фортепиано должны двигаться так-то и так-то, вот я их теперь и буду всегда правильно двигать. Или: я знаю, что правильный порядок слов в иностранном языке такой-то, теперь я всегда даже при быстрой речи буду ставить слова в правильном порядке. Это не работает. Одного знания, как правильно, не хватает, чтобы научиться делать правильно: нужно это большое число повторений с обратной связью.
Тот факт, что обучение самым разным вещам внешне выглядит столь похоже: повторение с осознанной обратной связью - приводит к предположению, что в мозгу есть какой-то общий механизм/алгоритм обучения. Известно ли ученым что-то достоверно о том, существует ли такой общий механизм и как он работает на уровне устройства мозга?
Например, популярные книжки и статьи часто утверждают примерно следующее: что повторение одних и тех же действий снова и снова "укрепляет" определенные синаптические связи между нейронами, пока наконец не образуется маршрут из особенно тесно связанных нейронов, который и является овеществлением нового "умения" - нам легко теперь что-то делать, не задумываясь, потому что сигналы легко проходят по укрепленным связям. Я хочу понять, насколько эта картина, которую я только что описал, действительно является научной моделью, описанной в статьях и подтвержденной в экспериментах и понятой в каких-то деталях, или это скорее такая красивая метафора, просто-история ("just-so story"), основанная на туманных представлениях о роли нейронов, но на самом деле мы реально не знаем, как это происходит. Кто-нибудь знает?
Буду очень благодарен за мнения знающих людей на эту тему, а также за ссылки на авторитетные и свежие научные монографии или обзорные статьи (пусть даже написанные совсем для специалистов - главное, что не популярные), проясняющие, что мы на данный момент знаем о процессе обучения.
Загадочный процесс обучения кажется мне ключевым для понимания того, как мы вообще чего-то добиваемся. Когда мы учимся что-то делать (ловить мяч, играть на музыкальном инструменте, говорить на чужом языке, ходить...), это всегда включает в себя множество повторений с осознанной обратной связью, т.е. мы сознательно понимаем, что мы это делаем хорошо/плохо/лучше/хуже. Со временем правильное движение мускулов (пальцев рук, рта и языка, ног...) становится автоматическим или полуавтоматическим - мы чему-то научились. С одной стороны, этот процесс требует осознанной коррекции: просто повторять много раз, не получая обратной связи и не осмысливая ее, обычно не помогает. С другой стороны, этот процесс не поддается сознательному управлению. Невозможно (к сожалению?) срезать путь и сказать себе: я знаю, что пальцы для игры на фортепиано должны двигаться так-то и так-то, вот я их теперь и буду всегда правильно двигать. Или: я знаю, что правильный порядок слов в иностранном языке такой-то, теперь я всегда даже при быстрой речи буду ставить слова в правильном порядке. Это не работает. Одного знания, как правильно, не хватает, чтобы научиться делать правильно: нужно это большое число повторений с обратной связью.
Тот факт, что обучение самым разным вещам внешне выглядит столь похоже: повторение с осознанной обратной связью - приводит к предположению, что в мозгу есть какой-то общий механизм/алгоритм обучения. Известно ли ученым что-то достоверно о том, существует ли такой общий механизм и как он работает на уровне устройства мозга?
Например, популярные книжки и статьи часто утверждают примерно следующее: что повторение одних и тех же действий снова и снова "укрепляет" определенные синаптические связи между нейронами, пока наконец не образуется маршрут из особенно тесно связанных нейронов, который и является овеществлением нового "умения" - нам легко теперь что-то делать, не задумываясь, потому что сигналы легко проходят по укрепленным связям. Я хочу понять, насколько эта картина, которую я только что описал, действительно является научной моделью, описанной в статьях и подтвержденной в экспериментах и понятой в каких-то деталях, или это скорее такая красивая метафора, просто-история ("just-so story"), основанная на туманных представлениях о роли нейронов, но на самом деле мы реально не знаем, как это происходит. Кто-нибудь знает?
Буду очень благодарен за мнения знающих людей на эту тему, а также за ссылки на авторитетные и свежие научные монографии или обзорные статьи (пусть даже написанные совсем для специалистов - главное, что не популярные), проясняющие, что мы на данный момент знаем о процессе обучения.
![[identity profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/openid.png){kind=small}
no subject
Date: 2017-06-02 04:07 pm (UTC)no subject
Date: 2017-06-02 07:56 pm (UTC)(хотя в реальном нейроне не всегда достаточно).
Вот, например, простейшая (http://rsta.royalsocietypublishing.org/content/361/1811/2225.long) модель робота с LTP (http://www.bccn-goettingen.de/Publications/Porr02b/at_download/publication_pdf).
An update:
In addition to temporal-correlation-based conversion
of unconditioned reflexes into the conditioned, there
are other important functions of LTP/LTD:
1) homeostatic: resolving fire rings into "synfire chains (http://www.scholarpedia.org/article/Synfire_chains)":
Cf.: 1 (http://www2.fapse.ulg.ac.be/UDI/jsougne/ncpw6sougne.pdf), 2 (https://arxiv.org/pdf/1307.7785.pdf), 3 (https://arxiv.org/pdf/1207.2816.pdf), 4 (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1933597/), 5 (http://www.buonomanolab.com/Publications/Hardy_Buonomano_2016.pdf), 6 (http://journal.frontiersin.org/article/10.3389/fncom.2012.00084/full), 7 (http://www.pnas.org/content/103/23/8876.full).
2) predictive coding (http://www.neurotheory.columbia.edu/Larry/AbbottCerebCortex96.pdf); it might be responsible
for time-transforms (similar to the spatial
coordinate transforms via gain field (http://am.livejournal.com/1027305.html) mechanism).
3) time-invariant feature extraction: SFA (http://journals.plos.org/ploscompbiol/article?id=10.1371/journal.pcbi.0030112).
Concerning the main topic of the post -
there are reviews on diverse cortical and
subcortical motor skills learning mechanisms:
E.g. see Dayan & Cohen, 2011 (http://am.livejournal.com/882326.html), etc.
no subject
Date: 2017-06-02 08:09 pm (UTC)no subject
Date: 2017-06-03 07:12 am (UTC)Тут еще важно понимать то, что обычно забывают - про роль тайминга в установлении связей между нейронами. Грубо говоря, синапс усиливается, если постсинаптический нейрон выстреливает в течение 20 миллисекунд после предсинаптического, и ослабевает, если тот выстреливает в течениие 50 миллисекуд перед предсинаптическим. Именно это и задает "стрелу времени", и в конечном счете позволяет животному создавать внутреннее представление причинно-следственных связей в окружающем мире.