ΜΑΘΗΣΗ ΚΑΙ ΕΓΚΕΦΑΛΟΣ!

Γράφει ο Απόστολος Ζιώγας // *

Μάθετε να ανταποκρίνεστε, όχι να αντιδράτε.

Βούδας

Κάθε μέρα οι άνθρωποι μαθαίνουν συνεχώς και σχηματίζουν νέες αναμνήσεις. Όταν επιλέγεις ένα νέο χόμπι, δοκιμάζεις μια συνταγή που σου πρότεινε ένας φίλος ή διαβάζεις τις τελευταίες ειδήσεις, ο εγκέφαλός σου αποθηκεύει πολλές από αυτές τις αναμνήσεις για χρόνια ή δεκαετίες. Πώς όμως ο εγκέφαλός σου επιτυγχάνει αυτό το απίστευτο κατόρθωμα; Ο ανθρώπινος εγκέφαλος αποτελείται από δισεκατομμύρια νευρικά κύτταρα. Αυτοί οι νευρώνες μεταφέρουν ηλεκτρικούς παλμούς που μεταφέρουν πληροφορίες, όπως οι υπολογιστές χρησιμοποιούν δυαδικό κώδικα για να μεταφέρουν δεδομένα.

Αυτοί οι ηλεκτρικοί παλμοί επικοινωνούνται με άλλους νευρώνες μέσω συνδέσεων μεταξύ τους που ονομάζονται συνάψεις. Είναι η συλλογική δραστηριότητα αυτών των ηλεκτρικών παλμών σε συγκεκριμένες ομάδες νευρώνων που σχηματίζουν τις αναπαραστάσεις διαφορετικών πληροφοριών και εμπειριών μέσα στον εγκέφαλο. Για δεκαετίες, οι νευροεπιστήμονες πίστευαν ότι ο εγκέφαλος μαθαίνει αλλάζοντας τον τρόπο με τον οποίο συνδέονται οι νευρώνες μεταξύ τους. Καθώς οι νέες πληροφορίες και οι εμπειρίες αλλάζουν τον τρόπο με τον οποίο οι νευρώνες επικοινωνούν μεταξύ τους και αλλάζουν τα μοτίβα της συλλογικής τους δραστηριότητας, ορισμένες συναπτικές συνδέσεις γίνονται ισχυρότερες ενώ άλλες γίνονται πιο αδύναμες. Αυτή η διαδικασία της συναπτικής πλαστικότητας είναι που παράγει αναπαραστάσεις νέων πληροφοριών και εμπειριών μέσα στον εγκέφαλό σου.

Ωστόσο, για να μπορέσει ο εγκέφαλός σου να παράγει τις σωστές αναπαραστάσεις κατά τη διάρκεια της μάθησης, οι σωστές συναπτικές συνδέσεις πρέπει να υποστούν τις σωστές αλλαγές την κατάλληλη στιγμή. Οι κανόνες που χρησιμοποιεί ο εγκέφαλός σου για να επιλέξει ποιες συνάψεις θα αλλάξει κατά τη διάρκεια της μάθησης έχουν παραμείνει σε μεγάλο βαθμό ασαφείς. Έτσι, οι επιστήμονες θέλησαν να παρακολουθήσουν τη δραστηριότητα των επιμέρους συναπτικών συνδέσεων μέσα στον εγκέφαλο κατά τη διάρκεια της εκμάθησης για να δούνε αν μπορούσαν να εντοπίσουνε μοτίβα δραστηριότητας που καθορίζουν ποιες συνδέσεις θα γίνουν ισχυρότερες ή πιο αδύναμες. Για να γίνει αυτό, κωδικοποίησαν γενετικά βιοαισθητήρες στους νευρώνες των ποντικών που θα ανάβουν ως απόκριση στη συναπτική και νευρική δραστηριότητα: παρακολουθήσαν αυτή τη δραστηριότητα σε πραγματικό χρόνο καθώς τα ποντίκια έμαθαν μια εργασία που περιελάμβανε το πάτημα ενός μοχλού σε μια συγκεκριμένη θέση μετά από ηχητικό υπόδειξη προκειμένου να λάβουν νερό. Με έκπληξη ανακάλυψαν ότι οι συνάψεις σε έναν νευρώνα δεν ακολουθούν όλες τον ίδιο κανόνα. Για παράδειγμα, οι επιστήμονες υπέθεταν ότι οι νευρώνες ακολουθούν τους λεγόμενους κανόνες Hebbian, όπου οι νευρώνες που πυροδοτούνται συνεχώς μαζί, συνδέονται μεταξύ τους. Αντίθετα, είδαν ότι οι συνάψεις σε διαφορετικές θέσεις του ίδιου νευρώνα ακολούθησαν διαφορετικούς κανόνες για να καθορίσουν εάν οι συνδέσεις έγιναν ισχυρότερες ή πιο αδύναμες. Ορισμένες συνάψεις συμμορφώθηκαν με τον παραδοσιακό κανόνα Hebbian, όπου οι νευρώνες που πυροδοτούνται συνεχώς μαζί ενισχύουν τις συνδέσεις τους˙ άλλες συνάψεις έκαναν κάτι διαφορετικό και εντελώς ανεξάρτητο από τη δραστηριότητα του νευρώνα. Τα ευρήματά υποδεικνύουν ότι οι νευρώνες, χρησιμοποιώντας ταυτόχρονα δύο διαφορετικά σύνολα κανόνων για μάθηση σε διαφορετικές ομάδες συνάψεων, αντί για έναν ενιαίο κανόνα, μπορούν να συντονίσουν με μεγαλύτερη ακρίβεια τους διαφορετικούς τύπους εισροών που λαμβάνουν για να αναπαραστήσουν κατάλληλα νέες πληροφορίες στον εγκέφαλο. Με άλλα λόγια, ακολουθώντας διαφορετικούς κανόνες στη διαδικασία της μάθησης, οι νευρώνες μπορούν να κάνουν πολλαπλές εργασίες και να εκτελούν πολλαπλές λειτουργίες παράλληλα.

Αυτή η ανακάλυψη παρέχει μια σαφέστερη κατανόηση του τρόπου με τον οποίο αλλάζουν οι συνδέσεις μεταξύ των νευρώνων κατά τη διάρκεια της μάθησης. Δεδομένου ότι οι περισσότερες εγκεφαλικές διαταραχές, συμπεριλαμβανομένων των εκφυλιστικών και ψυχιατρικών καταστάσεων, περιλαμβάνουν κάποια μορφή δυσλειτουργίας των συνάψεων, αυτό έχει δυνητικά σημαντικές επιπτώσεις για την ανθρώπινη υγεία και την κοινωνία. Για παράδειγμα, η κατάθλιψη μπορεί να αναπτυχθεί από μια υπερβολική αποδυνάμωση των συναπτικών συνδέσεων σε ορισμένες περιοχές του εγκεφάλου που καθιστούν δυσκολότερη την εμπειρία της ευχαρίστησης. Κατανοώντας πώς λειτουργεί κανονικά η συναπτική πλαστικότητα, οι επιστήμονες μπορεί να είναι σε θέση να κατανοήσουν καλύτερα τι πάει στραβά στην κατάθλιψη και στη συνέχεια να αναπτύξουν θεραπείες για την αποτελεσματικότερη αντιμετώπισή της. Αυτά τα ευρήματα μπορεί επίσης να έχουν επιπτώσεις στην τεχνητή νοημοσύνη. Τα τεχνητά νευρωνικά δίκτυα στα οποία βασίζεται η τεχνητή νοημοσύνη έχουν σε μεγάλο βαθμό εμπνευστεί από τον τρόπο λειτουργίας του εγκεφάλου. Η έρευνά μας μπορεί να δώσει πληροφορίες σχετικά με τον τρόπο ανάπτυξης πιο βιολογικά ρεαλιστικών μοντέλων τεχνητής νοημοσύνης που είναι πιο αποτελεσματικά, έχουν καλύτερη απόδοση ή και τα δύο. Υπάρχει πάντως ακόμη πολύς δρόμος για να μπορέσουν να χρησιμοποιήσουν αυτές τις πληροφορίες ούτως ώστε να αναπτύξουν νέες θεραπείες για διαταραχές του ανθρώπινου εγκεφάλου. Μελλοντικά η έρευνα ίσως βελτιώσει την κατανόησή μας για το πώς μαθαίνει ο εγκέφαλος.

*Ο Ζιώγας Απόστολος είναι βιολόγος

Πηγή: https://www.fractalart.gr