Wprowadzenie do uczenia się i zapamiętywania

Uczenie się i pamięć to dwie ściśle powiązane funkcje poznawcze, które mają fundamentalne znaczenie dla naszej zdolności do interakcji ze światem w znaczący sposób. Uczenie się to proces zdobywania nowych informacji o świecie. Pamięć to przechowywanie lub przechowywanie takich informacji, takich jak seria liczb.

Ten film przedstawia krótki zarys pojęć związanych z uczeniem się i pamięcią, przedstawia kluczowe pytania zadawane przez naukowców w tej dziedzinie, opisuje niektóre wybitne metody, a na koniec omawia rzeczywiste eksperymenty w tych dziedzinach.

Zacznijmy od zbadania niektórych pojęć, które odróżniają różne rodzaje uczenia się i pamięci.

Badania wykazały, że naukę można podzielić na dwie główne klasy. Po pierwsze, istnieje uczenie się nieasocjacyjne, w którym właściwości bodźca są uczone poprzez pojedynczą lub powtarzaną ekspozycję. Ten rodzaj uczenia się zwykle przybiera jedną z dwóch form.

Pierwsza forma, przyzwyczajenie, ma miejsce, gdy reakcja na bodziec jest zmniejszona lub zmniejszona po wielokrotnych prezentacjach. W tym przykładzie mysz wykazuje zmniejszoną reakcję na głośny dźwięk po wielokrotnym wysłuchaniu go.

Druga forma, zwana uczuleniem, to zwiększona reakcja na szeroką gamę bodźców po intensywnym lub szkodliwym bodźcu. W tym przykładzie mysz jest również narażona na głośny, szkodliwy dźwięk i nadal jest zaskoczona w odpowiedzi na ciche, przyjemniejsze dźwięki. Nauczył się reagować tak, jakby wszystkie dźwięki były nieprzyjemne.

Drugą główną klasą uczenia się jest uczenie się asocjacyjne, podczas którego ustala się skojarzenie między dwoma bodźcami, czyli zachowaniem i bodźcem.

Pierwsza forma, warunkowanie instrumentalne, wykorzystuje wzmocnienie i karę w celu zmiany związku bodziec-zachowanie. W tym przykładzie gołąb nauczył się dziobać pudełko po prawej stronie, gdy zielony bodziec jest pokazywany jako nagroda w postaci jedzenia. Innymi słowy, prawidłowe zachowanie dziobania jest pozytywnie wzmocnione.

Druga forma, warunkowanie klasyczne lub warunkowanie "Pawłowa", polega na tym, że neutralny bodziec, taki jak dźwięk, jest połączony z intensywnym bodźcem, takim jak szok, w celu wytworzenia stereotypowego zachowania. W tym przykładzie mysz uczy się kojarzyć neutralny bodziec, głośny dźwięk, z intensywnym bodźcem szokowym, który sprawia, że mysz podskakuje.

Po kondycjonowaniu mysz reaguje na sam bodziec o neutralnym tonie, zatrzymując ruch lub zastygając w bezruchu w oczekiwaniu na szok. Na tym wykresie czarna linia ilustruje, że myszy kondycjonowane parowaniem ton-szok zamarzają bardziej, gdy później są wystawione na działanie samego tonu, niż myszy, które słyszały tylko dźwięk.

Badania nad pamięcią wykazały również, że można ją podzielić na dwa główne typy. Pamięć krótkotrwała, czyli pamięć robocza, działa jak notatnik, w którym informacje, takie jak uczenie się sekwencji liczb, są przechowywane wystarczająco długo, aby wykonać zadanie – takie jak recytacja liczb – a następnie odrzucane.

Pamięć długotrwała służy do przechowywania informacji przez dni, tygodnie, a nawet całe życie. Jednym z podtypów pamięci długotrwałej jest pamięć jawna lub deklaratywna. Wspomnienia te są świadomymi wspomnieniami, które mogą być albo epizodycznymi wspomnieniami konkretnych wydarzeń, takich jak przyjęcie, albo wspomnieniami semantycznymi dotyczącymi określonej wiedzy na temat, którego się nauczyłeś.

Drugi podtyp to wspomnienia utajone lub proceduralne, które są wyrażane nieświadomie. Przykładem może być pamięć motoryczna trudnego ruchu, takiego jak balansowanie na równoważni.

Teraz, gdy dokonaliśmy przeglądu niektórych pojęć związanych z uczeniem się i pamięcią, przyjrzyjmy się kilku kluczowym pytaniom naukowym zadawanym przez naukowców behawioralnych.

Niektórzy naukowcy są zainteresowani tym, w jaki sposób środowisko wpływa na uczenie się i pamięć. Naukowcy mogą zapytać, w jaki sposób emocje wpływają na zdolność uczenia się i wydajność pamięci. Wykazano, że obrazy emocjonalne są zapamiętywane lepiej niż obrazy neutralne. Naukowcy mogą również zapytać, czy sen pomaga w zapamiętywaniu. W tym badaniu uczestnicy, którzy spali po treningu, byli lepsi w zapamiętywaniu niż ci, którzy nie spali, co pokazuje różnica między czerwoną i szarą linią.

Inni badacze są zainteresowani określeniem funkcjonalnych i molekularnych mechanizmów uczenia się i pamięci. Mogą zapytać, które regiony mózgu są aktywne, pokazane na żółto, podczas określonych zadań związanych z uczeniem się i pamięcią oraz jaki jest związek między tymi regionami.

Niektórzy badacze badają uczenie się i pamięć u innych zwierząt, takich jak gryzonie, ptaki i muchy. Badając zwierzęta, uzyskuje się wgląd w procesy fizjologiczne, takie jak aktywność neuronalna i udział specyficznych cząsteczek, które regulują uczenie się i tworzenie pamięci u ludzi.

Jednym z ważnych pytań w badaniach nad uczeniem się i pamięcią jest ustalenie zmian, które zachodzą wraz z wiekiem. Powszechnie wiadomo, że wydajność i zapamiętywanie zmniejsza się wraz z wiekiem. Z tego powodu naukowcy aktywnie pracują nad odkryciem sposobów na zmniejszenie wpływu starzenia się na uczenie się i pamięć.

Teraz, gdy znasz już niektóre z kluczowych pytań zadawanych na temat uczenia się i pamięci, przyjrzyjmy się niektórym z głównych metod stosowanych przez naukowców behawioralnych.

Istnieje wiele testów behawioralnych stosowanych do badania uczenia się i pamięci u ludzi i gryzoni. Jednym z popularnych testów stosowanych do badania warunkowania klasycznego jest warunkowanie strachu, w którym, w pokazanym tutaj przykładzie, mysz uczy się kojarzyć dźwięk z wstrząsem stopy.

Labirynty, zarówno w wodzie, jak i na torach, są szeroko wykorzystywane do badania warunkowania instrumentalnego i pamięci przestrzennej. Tutaj szczur nauczył się poruszać w odpowiednim miejscu w labiryncie w zależności od wskazówki.

Pamięć krótkotrwała lub pamięć robocza może być oceniana za pomocą tak zwanego zadania N-wstecznego, w którym badany wskazuje, czy bieżący obraz pojawił się wcześniej w liczbie obrazów. Im więcej obrazów między powtórzeniami, tym trudniej jest je zapamiętać.

Behawioryści interesują się również mechanizmami mózgowymi, które umożliwiają uczenie się i pamięć.

Obecnie istnieje wiele nieinwazyjnych metod badania korelatów neuronalnych. Funkcjonalny rezonans magnetyczny (fMRI) śledzi poziom tlenu we krwi jako wskaźnik aktywności mózgu. Magnetoencefalografia lub MEG mapuje aktywność mózgu poprzez rejestrowanie zmian w polach magnetycznych wytwarzanych przez aktywność elektryczną w mózgu.

Inną metodą stosowaną przez naukowców behawioralnych do oceny aktywności mózgu podczas zadań związanych z uczeniem się i pamięcią jest elektroencefalografia lub EEG, która wykorzystuje elektrody na czaszce do monitorowania aktywności elektrycznej w mózgu.

Teraz, gdy masz już wyczucie głównych metod stosowanych do badania uczenia się i pamięci, przyjrzyjmy się kilku rzeczywistym eksperymentom.

Jednym z obszarów badań jest ustalenie wpływu i możliwych metod leczenia starzenia się na uczenie się i pamięć. W tym badaniu niektórzy naukowcy wykorzystują zadanie uczenia się trasy w labiryncie z myszami w różnym wieku. Rejestrowany jest czas i trasy pokonane w celu pokonania labiryntu. Wyniki pokazują, że starsze myszy, reprezentowane przez czarny pasek, potrzebowały prawie dwa razy więcej dni, aby nauczyć się prawidłowej trasy przez labirynt niż młodsze myszy.

Drugim obszarem badań jest sprawdzenie, czy wspomnienia, zwłaszcza traumatyczne, mogą być manipulowane lub wymazywane po ich utworzeniu. Jednym z podejść jest zbadanie, czy po zdarzeniu istnieją krytyczne okresy czasu, w których pamięć może zostać zmniejszona lub wymazana. W tym badaniu badani uczą się kojarzyć określony kolorowy kwadrat z łagodnym wstrząsem palców w tym, co nazywa się warunkowaniem strachu. Następnie stosuje się różne protokoły uczenia się hamującego w celu stworzenia nowych, bezpiecznych wspomnień koloru związanego z szokiem. Wyniki pokazują, że jeśli bezpieczne wspomnienia zostaną stworzone dziesięć minut po warunkowaniu strachu, to pamięć strachu może zostać wygaszona.

Trzecim obszarem badań jest zwiększenie efektywności uczenia się. Ostatnio technologia gier wideo została wykorzystana do badania uczenia się i pamięci w połączeniu z zapisami aktywności mózgu EEG. Aktywność mózgu badanego w różnych punktach gry może być następnie analizowana w celu uzyskania wglądu w to, w jaki sposób uczenie się i pamięć są implementowane podczas rozgrywki.

Właśnie obejrzałeś wprowadzenie JoVE do uczenia się i pamięci. Przedstawiliśmy krótki zarys pojęć w uczeniu się i pamięci, przedstawiliśmy kluczowe pytania zadawane przez naukowców w tej dziedzinie, opisaliśmy niektóre z wyróżniających się metod, a na koniec omówiliśmy zastosowania tych dziedzin. Dzięki za oglądanie!