یادگیری در مغز: کشف قواعد چندگانه برای تغییر سیناپسها

یادگیری در مغز کشف قواعد چندگانه برای تغییر سیناپسها, مغز انسان برای ثبت اطلاعات جدید، بایستی دچار تحولهای ساختاری شود. این تغییرات در شبکهٔ وسیع ارتباطات میان سلولهای عصبی رخ میدهد؛ مکانی که در آن میلیاردها سیناپس، یعنی نقاط ارتباط نورونها، تقویت یا ضعیف میشوند تا یادگیری محقق گردد.

این پدیده که انعطافپذیری سیناپسی نام دارد، سالهاست محطּ تمرکز عصبشناسان است، اما تا پیش از این پژوهش، علّتِ آنکه چرا برخی سیناپسها نقش فعّالتری ایفا میکنند و برخی دیگر نه، بهدرستی شناخته نشده بود. درک این اصول، کلیدِ فهمِ بهترِ نحوهی یادگیری در مغز است.

معما تخصیص اعتبار در علوم اعصاب این موضوع به یکی از چالشهای بنیادین در علوم اعصاب بازمیگردد چگونه سیناپسها، با وجود آنکه تنها از اطلاعات محلی خود آگاهاند، میتوانند در شکلگیری حرکات کلی و یادگیریهای نوین نقش مؤثری داشته باشند؟ این معما تحت عنوان مسئله تخصیص اعتبار شناخته میشود؛ همانند مورچههایی که وظایف موضعی خود را انجام میدهند، بدون دانستن هدف کل کلونی.

رویکرد تازه محققان کالیفرنیا دانشمندان دانشگاه کالیفرنیا در سند مطالعهای را با دیدگاهی نوین آغاز کردند تا این فرآیند را بازبینی کنند. آنها با بهرهگیری از روشهای پیشرفته تصویربرداری، مخصوصاً تصویربرداری دو فوتونی، توانستند فعالیتهای سیناپسی را در مغز موشها در حین یادگیری بهصورت لحظهای رصد کنند. این تکنولوژی امکان مشاهده تغییرات واقعی در ورودیها و خروجیهای نورونی را فراهم آورد.

کشف قواعد چندگانه یادگیری نتایج منتشرشده در نشریه علمی نشان میدهد که مغز از یک قاعده یکنواخت برای یادگیری استفاده نمیکند. برخلاف دیدگاه رایج، نورونها میتوانند بهصورت همزمان چندین قاعده متفاوت را بهکار ببرند. سیناپسهای گوناگون درون یک نورون منفرد بر اساس قواعد متغیری دچار تحول میشوند. این یافته دیدگاههای کلاسیک درباره نحوهی یادگیری در مغز را به چالش کشیده است.

کاربردها در هوش مصنوعی و درمان بیماریها این کشف نهتنها درک ما از شکلگیری خاطره و یادگیری را عمیقتر میکند، بلکه میتواند پایههای طراحی شبکههای عصبی پیشرفتهتر در حوزه هوش مصنوعی را نیز تقویت نماید.

در این سیستمها، به جای اعمال یک قاعده مشترک برای تمام نورونها، میتوان از چندین قاعده در واحدهای مختلف بهره برد.، این یافتهها در درک و درمان اختلالاتی چون اعتیاد، PTSD، آلزایمر و اختلالهای رشد عصبی نظیر اوتیسم میتواند مؤثّر واقع شود، زیرا بسیاری از این بیماریها ریشه در کارکرد ناکارآمد سیناپسها دارند.

آیندههای پژوهش محققان اکنون به بررسی نحوهی همزمانبودن قواعد گوناگون در نورونها و مزایای این مکانیزم برای سیستم عصبی میپردازند تا لایههای پنهانتری از پیچیدگی مغز آشکار سازند.