研究发现,不同的大脑系统在合作学习

布朗大学的研究人员的一项新的研究表明,两种不同的大脑系统协同工作的人学习。

该研究发表在美国国家科学院院刊》上,专注于两种截然不同的相互作用模式的学习一个新的任务:强化学习和工作内存。强化学习是一种“底层”的过程中,人们逐渐学习所要采取的行动处理奖惩在神经层面,然后选择一个最适合一般如果不知道它的人。相比之下,工作记忆包括记住以前的行为及其结果更迅速和灵活地提高性能。

“人们在很大程度上解释这些系统独立工作或学习过程中互相竞争,”迈克尔·弗兰克说,布朗教授的认知、语言和心理科学和论文的合著者。“但我们表明,两个一起工作,与底层工作记忆神经信号帮助指导那些支持强化学习。”

安妮·柯林斯,加利福尼亚大学的助理教授,加州大学伯克利分校博士后工作时领导工作与弗兰克,他主动为计算在大脑和思维布朗大脑科学研究所。柯林斯和弗兰克设计开发了一个实验方法来隔离与每个相关的大脑信号的两个系统。

40在这项研究中,研究参与者被一系列符号显示在屏幕上,问道:对于每一个符号,在键盘上按下某个按钮。他们没有告诉每个符号的关键是正确的。他们不得不学习它。当他们答对了,奖励分。在重复实验中,参与者来了解哪些键对应的符号。

为了区分从强化学习和工作记忆的贡献,研究人员设置不同数量的符号的问题,从两到六,参与者学习为他们每个人按哪个按钮。一般来说,人只能持有三个或四个项目工作记忆,和只持续很短的时间。所以当符号或延误的数量增加,工作记忆对学习过程的贡献应该减少。

当参与者完成了任务,一个脑电图帽记录信号从大脑,作者应用统计方法来提取这些信号与一个学习系统。

研究表明,内存需求高时,大脑中的信号与强化学习得到更强。换句话说,当工作记忆系统不堪重负,强化学习系统在学习过程变得更加重要。相比之下,当参与者能保存信息,与强化学习相关信号较弱,建议增加工作记忆的作用。

研究人员还发现,他们可以从大脑解码信号在一个特定的试验信息是否可能在内存中。这也与强化学习的神经标记。

研究人员说,这些发现表明,两个系统不是独立工作。

“如果他们是完全相互独立的,我们期望与强化学习相关联的信号保持不变不管内存需求,”弗兰克说。“但这并不是我们看到,这是一个迹象表明,这两个系统相互作用。”

但就其本身而言,发现没有透露,就要赶快接触——合作或竞争的本质。强化学习是工作记忆推搡到背景在试验信息可以随时访问?抑或是,工作记忆有助于提高强化学习吗?算出来,研究人员与强化学习相关联的大脑信号如何改变的学习过程展开试验试验。

强化学习系统是由所谓的奖励预测错误或RPE的信号研究人员用来跟踪强化学习过程。RPE代表了奖励的程度,结果从一个动作超过预期。比如一项研究的参与者试图找出哪个按钮按当他们看到一个给定的符号。如果他们碰巧猜对的,获得点,结果是出人意料的好,生产RPE很高。

在大脑,强化学习系统使用编码RPE的神经递质多巴胺。高RPE-meaning出奇的好结果——与多巴胺大量释放有关。多巴胺洪水的强化学习系统使用一个信号来更新我们的理解的行为我们应该给予奖励。当我们重复这个动作之后,我们惊讶于奖励和RPE是低。随着RPE继续减少,系统最终停止更新,和这样做,落定在一个适当的行动。

一个场景如何与强化学习交流工作记忆是通过衰减回报预期,使他们更快地进入与实际的回报。这样的话,工作记忆可以协同合作,加速强化学习过程。

研究发现强有力的证据的场景。在重复试验在小尺度设置工作记忆是活跃的,大脑信号与RPE高在最初几个试验开始,然后迅速下降了一个迹象表明,认知过程与强化学习通知相关的神经信号。相反,如果工作记忆只是压制强化学习,一个不会希望看到RPE的快速下降。

结果,弗兰克说,提供了第一批具体的证据来证明这两个系统之间的合作。

“思考的不是作为独立的系统,而是作为一个集成系统改变了我们理解人与动物如何学习的基础科学,”弗兰克说。“它可能帮助我们如何整体做出更好的预测学习的过程影响赤字的人在这些系统中的任何一个。”

弗兰克说,有一天可能导致更好的学习障碍的治疗方法。

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