Нейронаука мастерства посредством обучения проб и ошибок

Пуркинье клетки мозжечка тонко настраивают двигательные движения.

Рисунок клеток Пуркинье (A) и клеток гранул (B) из голубиного мозжечка Сантьяго Рамон и Кахал, 1899; Instituto Cajal, Мадрид, Испания.

Источник: Wikipedia / Public Domain

Команда исследователей из Университета Джона Хопкинса обнаружила новые интересные подробности о том, как клетки мозжечка Пуркинье справляются с сложными движениями через процесс обучения проб и ошибок, при котором каждая ошибка, возникающая во время практики, помогает мозжечку улучшить тонко настроенную двигательную координацию. Этот документ «Кодирование ошибки и обучение для исправления этой ошибки с помощью клеток Пуркинье мозжечка» был опубликован онлайн 16 апреля в журнале Nature Neuroscience .

• 3 Недостатки тратить деньги на опыт
• 7 простых простых советов для разблокировки вашего Creative Genius
• Как работает терапия (2): Сила малых «A-ha» Моментов
• В похвале Быть ребенком
• Должны ли дети посещать похороны?

Наиболее важным аспектом этого исследования является то, что старший автор Реза Шадмер, профессор биомедицинской инженерии и нейронауки в Медицинской школе Университета Джона Хопкинса, и его коллеги указали, как работают клетки Пуркинье. Это исследование добавляет новые прозрения и эмпирические данные для поддержки знаковых статей 20-го века, в которых говорилось о том, что на самом деле делали таинственные клетки Пуркинье, такие как «Мозговая мозговая оболочка как нейронная машина» (John Eccles et al., 1967), «A Теория мозжечковой коры »(David Marr, 1969) и« Теория мозжечковой функции »(James S. Albus, 1971).

Мозжечок (латынь для «маленького мозга») в красном. «Мозжечок» означает «относящийся или расположенный в мозжечке».

• Почему сон может способствовать инновациям человека
• 7 советов для общения с концом дружбы
• Отклонение в приветственном раунде
• Разница между мечтателями и проводниками
• Интрузивные воспоминания: обзорный раунд

Источник: База данных по естественным наукам / Википедия

Пресс-релиз от 3 мая 2018 года о новейших исследованиях клеток Пуркинье, проводимых в Johns Hopkins Medicine, «Расшифровка обучающей машины мозга», описывает мозжечок как «обучающую машину» в мозге млекопитающих. Их последнее исследование о обезьянах показывает, что клетки Пуркинье делают прогнозы и учатся справляться с сложными задачами, постоянно исправляя небольшие ошибки. С практикой ошибки уменьшаются и точность увеличивается. Со временем это приводит к тому, что я называю « сверхтекучесть ».

Источник: Википедия / Creative Commons

В качестве атлетического примера мозжечкового мастерства на Пуркинье в заявлении говорится: «Когда вы участвуете в стрельбе по баскетболу, люди обычно скучают много раз, прежде чем получить один выстрел через обруч. Когда рука движется, мозжечок делает прогнозы о последствиях действия. Когда предсказание не соответствует действительности, т. Е. Мяч промахивается об обруч – мозжечок получает обратную связь от глаз и руки, чтобы узнать об ошибке, тонко настраивать такие факторы, как цель, сила и освобождение, чтобы сделать корзину. Это пробное обучение из-за ошибки приводит к постепенному улучшению производительности «Тот же процесс обучения мозгового испытания проб и ошибок происходит в каждом спорте и помогает объяснить, почему практика делает совершенным. Примечательно, что наличие «глаза для мяча» также напрямую связано с мозжечком и нашим вестибуло-окулярным рефлексом (VOR).

Purkinje Cells Master Trial-and-Error Learning через «простые» и «сложные» шипы

Согласно последним исследованиям Джона Хопкинса, клетки Пуркинье взаимодействуют через два типа электрических сигналов, называемых «простыми шипами» и «сложными шипами». Простые спайки отражают прогнозы, что клетки Пуркинье делают оптимальные движения. Комплексные спайки отражают информацию, отправленную обратно в кластер клеток Пуркинье, чтобы сообщить им, была ли ошибка в предсказании или были точны время и скорость движения. Для каждого уникального моторного навыка специализированные ячейки Пуркинье все получают одно и то же сообщение об ошибке и, как представляется, работают сообща, делая соответствующие корректировки двигателя на основе конкретной ошибки.

«Вы можете думать о простых шипах как о« студенте », который делает предсказание и сложные шипы как« учителя », который обеспечивает обратную связь», – сказал Шадмер в своем заявлении.

Согласно Шадмеру, «одним из преимуществ архитектуры мозжечка является то, что он защищает воспоминания». После того, как мышечная память, необходимая для выполнения чего-то, что является главным образом мозжечком (например, катание на велосипеде), забивается и подделывается в ваши клетки Пуркинье, сложные спайки, связанные с координацией этого моторного навыка, становятся жесткими.

Touch-Typing полагается на изучение мозжечка на основе Пуркинье

Овладение навыками «touch-typing», не глядя на клавиатуру, является прекрасным повседневным примером обучения проб и ошибок в Purkinje-cell. В следующий раз, когда вы на клавиатуре, поместите кончики ваших левых и правых указательных пальцев на маленькие гребни, найденные на клавишах «F» и «J» соответственно. Положив руки в это «домашнее положение», ваш мозжечок автоматически узнает, где расположены все ваши пальцы по отношению к определенным клавишам. Это создает предсказуемость посредством проприоцепции мозжечка.

Можете ли вы набрать « быстрый рыжий лис прыгает через ленивую коричневую собаку », не глядя на клавиши? Если да, то сколько раз за одну минуту вы можете ввести эти 10 слов? Это предложение имеет все буквы алфавита и является золотым стандартом для тестирования способности сенсорного ввода. С практикой ваши пальцы будут неявно узнавать, где находятся все ключи, и вы можете освоить набирать до 40 слов в минуту (WPM), что считается «средней» скоростью.

Основываясь на последних исследованиях Джона Хопкинса по изучению проб и ошибок, можно предположить, что чем больше вы поправляете ошибки при вводе « быстрой рыжий лисы прыгает по ленивой коричневой собаке », то кластеры клеток Пуркинье настраиваются овладеть этим навыком с помощью простых и сложных всплесков.

Интересно, что, как только неявная способность вашего мозжечка предсказать, где расположены соответствующие буквы, не глядя вниз, большинство модельеров-косметологов в конечном итоге теряют свои мозговые знания и декларативную память о том, что они могут сказать, где каждая буква находится на клавиатуре QWERTY. Я, конечно же, могу подтвердить это явление. Как человек, который с тех пор, как учился в школе, с сенсорным набранием, чтобы описать два ключа с помощью брайлевских гребней, мне пришлось смотреть вниз на клавиатуру, чтобы убедиться, что «F» и «J» – это то место, где я интуитивно размещаю подсказки моих указательных пальцев каждый раз, когда я начинаю печатать.

Если кто-то спросил вас, где ключи дома (A, S, D и F для левой руки и J, K, L и точка с запятой для правой руки) расположены на клавиатуре QWERTY, вы знаете ответ? (Некоторые мелочи: название этой стандартизованной раскладки клавиатуры происходит от последовательности из шести букв в верхней, верхней левой строке.)

Ниже приведен 2-минутный видеоролик исследователей из Университета Вандербильта, который иллюстрирует, как мы можем научиться автоматически вводить текст без какого-либо явного знания того, где расположены конкретные буквенные ключи:

Повреждение структуры или функциональной связности мозжечка может глубоко повлиять на способность человека координировать и выполнять двигательные движения. Заболевания, поражающие мозжечок, обычно приводят к различным формам атаксии и диссемии. Одним из потенциальных применений последнего исследования Джона Хопкинса в отношении клеток Пуркинье и мозгового процесса изучения проб и ошибок может стать разработка более совершенных методов диагностики нарушений мозжечка.

Еще одна статья «Локомоторная активность модулирует ассоциативное обучение в мозжечке мыши» также была опубликована 16 апреля в Nature Neuroscience. Эта учеба   обнаружили, что мыши, которые бегут быстрее на беговой дорожке, изучают задачи с неявной памятью быстрее, чем их более медленные аналоги. Подробнее см. «Почему быстрее ускоряет обучение в мозжечке?»

Рекомендации

Дэвид Дж. Херцфельд, Йошико Коджима, Робяньто Соэтеджо и Реза Шадмер. «Кодирование ошибки и обучение исправлению этой ошибки клетками Пуркинье мозжечка». Nature Neuroscience (Опубликовано в Интернете: 16 апреля 2018 г.) DOI: 10.1038 / s41593-018-0136-y

Дэвид Дж., Герцфельд, Йошико Кодзима, Робианто Соэтеджо и Реза Шадмер. «Кодирование действия клетками Пуркинье мозжечка». Природа (2015) DOI: 10.1038 / nature15693

Джон Экклс, Янош Шентаготай и Масао Ито. «Мозжечок как нейронная машина». Нью-Йорк: Springer Verlag; (1967)

Дэвид Марр. «Теория мозжечковой коры» Журнал физиологии (1969) DOI: 10.1113 / jphysiol.1969.sp008820

Джеймс С. Альбус. «Теория мозжечковой функции». Математические биологические науки (1971) DOI: 10.1016 / 0025-5564 (71) 90051-4

Piergiorgio Strata. «Теория изучения мозжечка Дэвида Марра: 40 лет спустя» Журнал физиологии (2009) DOI: 10.1113 / jphysiol.2009.180307

Катарина Альбергария, Н. Сильва, Доминик Л. Притчетт и Меган Р. Кэри. «Локомоторная активность модулирует ассоциативное обучение в мозжечке мыши». Nature Neuroscience (Опубликовано онлайн: 16 апреля 2018 г.) DOI: 10.1038 / s41593-018-0129-x