Исследователи мозга под руководством Себастьяна Хеслера (NERF, уполномоченный IMEC, KU Leuven и VIB) определили причинный механизм того, как новые стимулы способствуют обучению. Новинка напрямую активирует дофаминовую систему, отвечающую за ассоциативное обучение. Результаты имеют значение для улучшения стратегий обучения и разработки алгоритмов машинного обучения.
Новизна и обучение
Фундаментальный тип обучения, известный как ассоциативное обучение, обычно наблюдается у животных и людей. Это связано с ассоциацией стимула или действия с положительным или отрицательным результатом. Ассоциативное обучение лежит в основе нашего повседневного поведения: например, мы вознаграждаем детей за выполнение домашних заданий или ограничиваем время просмотра телевизора, если они плохо себя ведут.
Ученые с 1960-х годов знали, что новинка способствует ассоциативному обучению. Однако механизмы этого явления оставались неизвестными.
"Предыдущая работа предполагала, что новинка может активировать дофаминовую систему в головном мозге. Поэтому мы думали, что активация дофамина также может способствовать ассоциативному обучению," говорит проф. Себастьян Хеслер, руководивший исследованием.
Нюхать новизну
Чтобы продемонстрировать, что новинка действительно активирует дофаминовые нейроны, исследователи подвергали мышей воздействию как новых, так и знакомых запахов.
"Когда мыши чувствуют запах нового стимула, они очень возбуждаются и начинают очень быстро его принюхиваться. Это естественное, спонтанное поведение является отличным индикатором восприятия новизны," объясняет доктор. Чагатай Айдын, постдок группы Себастьяна Хеслера. В экспериментах на мышах команда подтвердила, что дофаминовые нейроны активируются новыми запахами, но не знакомыми.
На втором этапе мышей научили ассоциировать новые и знакомые запахи с вознаграждением.
"Когда мы специально заблокировали активацию дофамина новыми стимулами всего в нескольких испытаниях, обучение замедлилось. С другой стороны, стимуляция дофаминовых нейронов во время предъявления знакомых стимулов ускоряла обучение," говорит Иоахим Морренс, доктор философии.D. студент в группе.
Ценность новизны
Результаты показывают, что активация дофамина новыми стимулами способствует обучению. Кроме того, они обеспечивают прямую экспериментальную поддержку группы теоретических основ информатики, которые включают в себя «бонус новизны» для учета положительного эффекта новизны. Включение такого бонуса может ускорить алгоритмы машинного обучения и повысить их эффективность.
С практической точки зрения результаты напоминают нам, что нужно чаще нарушать привычный распорядок дня и искать новый опыт, чтобы учиться лучше.