Μελέτη αποκαλύπτει την εγκεφαλική περιοχή που οδηγεί στη γρήγορη οπτική μάθηση
Παρά τις δεκαετίες ερευνών, οι μηχανισμοί πίσω από τις γρήγορες στιγμές κατανόησης, γνωστές ως “one-shot learning”, παρέμεναν άγνωστοι. Ένας ιδιαίτερος τύπος αυτής της γρήγορης μάθησης είναι η αντιληπτική μάθηση, όπου η θέαση ενός αντικειμένου μία φορά μπορεί να αλλάξει δραματικά την ικανότητά μας να το αναγνωρίζουμε ξανά.
Η νέα έρευνα και οι ανακαλύψεις της
Μια νέα μελέτη, που διεξήχθη από ερευνητές του NYU Langone Health, εστιάζει στις στιγμές που αναγνωρίζουμε για πρώτη φορά ένα θολό αντικείμενο, μια πρωτόγονη ικανότητα που βοήθησε τους προγόνους μας να αποφεύγουν κινδύνους. Δημοσιευμένη στο Nature Communications, η έρευνα εντοπίζει για πρώτη φορά την περιοχή του εγκεφάλου που ονομάζεται υψηλού επιπέδου οπτικός φλοιός (HLVC) ως το σημείο όπου οι “προγενέστερες εικόνες”—εικόνες που έχουμε δει στο παρελθόν και αποθηκευτεί—προσπελάζονται για να διευκολύνουν τη γρήγορη αντιληπτική μάθηση.
Σημασία της έρευνας
«Η εργασία μας αποκάλυψε όχι μόνο πού αποθηκεύονται οι προγενέστερες εικόνες, αλλά και τους εγκεφαλικούς υπολογισμούς που εμπλέκονται», δήλωσε η Δρ. Biyu J. He, αναπληρώτρια καθηγήτρια στα Τμήματα Νευρολογίας, Νευροεπιστήμης και Ακτινολογίας του NYU Grossman School of Medicine. Σημαντικό είναι ότι προηγούμενες μελέτες είχαν δείξει ότι ασθενείς με σχιζοφρένεια και νόσο του Πάρκινσον παρουσιάζουν ανώμαλη γρήγορη μάθηση, όπου οι αποθηκευμένες προγενέστερες εικόνες κατακλύζουν αυτό που βλέπει κάποιος τη στιγμή, οδηγώντας σε παραισθήσεις.
Συνδέσεις με νευρολογικές διαταραχές
«Αυτή η μελέτη παρήγαγε μια θεωρία που μπορεί να ελεγχθεί άμεσα σχετικά με το πώς οι προγενέστερες εικόνες ενεργοποιούνται κατά τη διάρκεια των παραισθήσεων, και τώρα ερευνούμε τους σχετικούς εγκεφαλικούς μηχανισμούς σε ασθενείς με νευρολογικές διαταραχές για να αποκαλύψουμε τι πάει στραβά», πρόσθεσε η Δρ. He. Η ερευνητική ομάδα εξετάζει επίσης πιθανές συνδέσεις μεταξύ των εγκεφαλικών μηχανισμών πίσω από την οπτική αντίληψη και τον καλύτερα γνωστό τύπο “αχά στιγμής” όταν κατανοούμε μια νέα ιδέα.
Η διαδικασία της έρευνας
Για τη μελέτη, η ομάδα της Δρ. He εξερεύνησε τις αλλαγές στην εγκεφαλική δραστηριότητα που προκλήθηκαν όταν οι συμμετέχοντες έβλεπαν εικόνες Mooney—θολές εικόνες ζώων και αντικειμένων. Συγκεκριμένα, οι συμμετέχοντες έβλεπαν θολές εικόνες του ίδιου αντικειμένου και στη συνέχεια μια καθαρή εκδοχή. Στη μελέτη του 2018, οι συμμετέχοντες, αφού είδαν την καθαρή εκδοχή και βίωσαν τη γρήγορη μάθηση, έγιναν διπλά καλύτεροι στην αναγνώριση εικόνων, καθώς το πείραμα τους ανάγκασε να χρησιμοποιήσουν τις αποθηκευμένες προγενέστερες εικόνες τους.
Οι ερευνητές “φωτογράφησαν” την εγκεφαλική δραστηριότητα κατά την πρόσβαση στις προγενέστερες εικόνες χρησιμοποιώντας λειτουργική μαγνητική τομογραφία (fMRI), που μετρά την εγκεφαλική δραστηριότητα παρακολουθώντας τη ροή αίματος προς τα ενεργά κύτταρα. Ωστόσο, η δύναμη σήματος κατά μήκος των νευρικών οδών (πλαστικότητα) ρυθμίζεται στα δομικά διαστήματα (συνάψεις) μεταξύ των εγκεφαλικών κυττάρων, και η fMRI μπορεί να μετρήσει μόνο την δραστηριότητα εντός των κυττάρων.
Για τον λόγο αυτό, οι ερευνητές συνδύασαν την fMRI με συμπεριφορικές δοκιμές χρησιμοποιώντας εικόνες Mooney, ηλεκτροεγκεφαλογραφία (EEG) και ένα μοντέλο βασισμένο στη μηχανική μάθηση—μια μορφή τεχνητής νοημοσύνης (AI)—για να εντοπίσουν τις προγενέστερες εικόνες στον HLVC. Για να βρουν τη θέση της γρήγορης αντιληπτικής μάθησης, η ερευνητική ομάδα πρώτα καθόρισε ποιο είδος πληροφορίας κωδικοποιείται στις αλλαγές σήματος καθώς η πρόσβαση στις προγενέστερες εικόνες βελτιώνει την αναγνώριση εικόνας. Η συμπεριφορική μελέτη αποκάλυψε ότι οι αλλαγές στο μέγεθος των εικόνων δεν επηρεάζουν τη γρήγορη μάθηση, ενώ η περιστροφή ή η αλλαγή της θέσης μιας εικόνας μείωσε εν μέρει τη μάθηση.
Τα αποτελέσματα υποδεικνύουν ότι οι αντιληπτικές προγενέστερες εικόνες κωδικοποιούν προηγουμένως παρατηρούμενα μοτίβα αλλά όχι πιο αφηρημένες έννοιες, όπως η ράτσα ενός σκύλου σε μια εικόνα.
Η ομάδα στη συνέχεια δημιούργησε στατιστικά μοντέλα που αποτύπωσαν τα πρότυπα δραστηριότητας των εγκεφαλικών κυττάρων μέσω της fMRI κατά την πρόσβαση στις προγενέστερες εικόνες, και διαπίστωσαν ότι μόνο τα γνωστά νευρωνικά πρότυπα στον υψηλού επιπέδου οπτικό φλοιό ταίριαζαν με τις ιδιότητες των προγενέστερων εικόνων που αποκάλυψε η συμπεριφορική μελέτη.
