Когда дети учатся связывать шнурки, они делают это в дискретных шагах, делая петлю или дергая за шнурок.
После достаточного повторения наш мозг превращает эти шаги в «куски».
Механизм перемещения, как известно, является стратегией, которая уменьшает длинные строки информации на более короткие, более управляемые части, которые легче запомнить.
«Chunking - это естественный побочный продукт умной стратегии, которая минимизирует затраты на обучение».
Ученые знают, что для людей с болезнью Паркинсона, болезнью Хантингтона и инсультом это движение резко нарушается. Понимание фрагментации и того, как это работает, имеет решающее значение для ранней диагностики, лечения и реабилитационной терапии. Однако наука не имеет конкретного объяснения.
Но теперь исследователи разработали всеобъемлющую теорию о том, почему происходит чередование. Рамки исследований раскладываются как экономический компромисс в моторной системе, где слияние небольших кусков становится оптимально «рентабельным» на определенных этапах обучения. Результаты опубликованы в журнале Природа связи.
«Нервная система нацелена на то, чтобы производить движения как можно эффективнее», - говорит Скотт Графтон, профессор неврологии Калифорнийского университета в Санта-Барбаре. «Тем не менее, есть вычислительная стоимость для расчета эффективных траекторий. Сладкое пятно между этими целями приводит к кускам ».
Сложные и эффективные
Графтон и его коллеги использовали инструменты компьютерного управления двигателем, которые производят компьютерные модели, чтобы узнать, как мозг контролирует конечности, а также цели и ограничения моторной системы. В этом контексте исследователи с трудом объясняли, как люди и другие животные переходят от вычислительно простых, но неэффективных движений к вычислительным, но эффективным.
«Наше исследование устраняет эту трудность, демонстрируя теоретически и экспериментально, что наиболее экономичные способы обучения с высокой степенью эффективности - это те, которые производят chunking», - говорит Графтон. «Поэтому чередование является естественным побочным продуктом умной стратегии, которая минимизирует затраты на обучение».
Исследователи измерили, как макаки-резусы продуцировали последовательности движения в течение нескольких дней практики и обнаружили, что эти животные действительно являются экономически эффективными учащимися. Выбрав, когда объединить куски вместе разумным способом, обезьяны добились экономии на совокупных издержках обучения.
Они разделили последовательность движения на куски, оптимизировали для эффективности в кусках, а затем объединили куски только тогда, когда потребовалось дальнейшее повышение эффективности.
«Чередование движений было широко охарактеризовано в отношении здоровья и болезней людей и животных, но до сих пор отсутствовала нормативная теория, - говорит Графтон, - наша теория основывает оптимальные траектории движения, и эти эксперименты, в которых обезьяны учатся создавать новую последовательность движений в течение длительного периода времени демонстрируют, что наша теория объясняет существенные особенности кусков, возникающих в их движениях ».
Обращаясь к феномену квантования как экономического компромисса, мы предлагаем новую перспективу в области моторного обучения и его расстройств.
Например, нерегулярный характер движений после инсульта может объясняться более низкими вычислительными бюджетами для моторного обучения, а неэффективные движения, наблюдаемые при инсульте, могут, таким образом, быть адаптивными к этим бюджетам, объясняет Графтон. Он добавляет, что любой подход к реабилитации может извлечь пользу из этого понимания.
«Наша вычислительная перспектива на chunking также открывает новые вопросы относительно того, как мозг контролирует движения, - говорит Графтон. «В частности, недавние доказательства нейронного кодирования chunking в мозге должны быть пересмотрены в свете вычислительных теорий.
«Являются ли нейроны кодированием кинематических решений, расчетных бюджетов или целей эффективности? Это широкие открытые вопросы для всей области управления двигателем ».
Источник: UC Santa Barbara
Книги по этой теме
at Внутренний рынок самовыражения и Amazon
