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Wie das Gehirn neue Fähigkeiten lernt, während es alte behält
Neurowissenschaftler vom Massachusetts Institute of Technology haben ein neues Rechenmodell entwickelt, das, wie sie behaupten, erklärt, wie das Gehirn sehr ähnliche Aufgaben lernen kann, ohne sie zu vermischen, während das Gleichgewicht zwischen Plastizität und Stabilität erhalten bleibt.
Das Gehirn besteht aus Milliarden von Neuronen, die alle mit anderen verbunden sind. Den Forschern zufolge verbindet sich jedes Neuron durchschnittlich mit etwa 10.000 anderen.
Die Forscher, die in der Zeitschrift schreiben Proceedings der Nationalen Akademie der Wissenschaften, sagen wir, diese Konnektivität ist der Schlüssel.
Neuronen verändern ständig ihre Verbindungen, bilden neue Muster oder verstärken bestehende. Diese Plastizität ermöglicht es uns, neue Aufgaben zu erlernen, zum Beispiel einen Golfschwung zu perfektionieren oder einen Tennisschläger zu verbessern. Und obwohl nicht alle Verbindungen für die Aufgabe relevant sind, erlauben sie dem Gehirn, neue Wege zu erforschen, um das Ziel zu erreichen.
Zirkeltraining
Wenn das Gehirn lernt, was für eine neue motorische Fähigkeit erforderlich ist, bilden Neuronen "Schaltkreise", um das Ziel zu erreichen - zum Beispiel, den Körper zu bewegen, einen Golfschläger zu schwingen. Und da es unwahrscheinlich ist, dass das gewünschte Ergebnis das erste Mal erreicht wird, ermöglicht das Feedback der Neuronen dem Gehirn, nach Alternativen zu suchen.
Neuronen können sich auf bestimmte Aufgaben spezialisieren, behaupten die Forscher.
Robert Ajemian, Forschungswissenschaftler am McGovern Institute for Brain Research am Massachusetts Institute of Technology (MIT) und Hauptautor der Studie, erklärt:
"Ihr Gehirn versucht immer, die Konfigurationen zu finden, die alles ausgleichen, so dass Sie zwei Aufgaben oder drei Aufgaben erledigen können, oder wie viele Sie auch lernen. Es gibt viele Möglichkeiten, eine Aufgabe zu lösen, und Sie erforschen die verschiedenen Möglichkeiten . "
Diese Theorie funktioniert gut, wenn Sie gerade eine Fähigkeit erlernen, aber es stellt Komplikationen dar, wenn Sie versuchen, mehr als eine Sache auf einmal zu meistern. Da das gleiche Netzwerk motorbezogene Fähigkeiten kontrolliert, können Änderungen an den vorhandenen "Schaltungen" bereits erlernte Fähigkeiten beeinträchtigen.
Ständiges Geschwätz
Die Forscher behaupten, dass Konnektivität vorteilhaft ist, da es dem Gehirn ermöglicht, verschiedene Lösungen zu testen, um Kombinationen von Aufgaben zu erreichen.
Die sich ständig ändernden Verbindungen der Neuronen - Hyperplastizität genannt - werden durch eine andere inhärente Eigenschaft ausgeglichen: Sie haben ein sehr niedriges Signal-Rausch-Verhältnis, was bedeutet, dass sie nützliche Informationen aus nutzlosen Informationen, die von ihren Nachbarn kommen, nicht filtern.
Die Forscher haben das Rauschen in ihr Computermodell einfließen lassen, da sie glauben, dass es für die Lernfähigkeit des Gehirns entscheidend ist.
Ajemian erklärt:
"Die meisten Menschen wollen sich nicht mit Lärm befassen, weil es lästig ist. Wir haben versucht herauszufinden, ob Lärm auf nützliche Weise genutzt werden kann, und wir haben festgestellt, dass das Gehirn viele Lösungen erforschen kann, aber nur wenn das Netzwerk hyperplastisch ist. "
Ohne den Lärm, so die Wissenschaftler, könnten alte Erinnerungen leicht überschrieben und das Lernen verloren gehen. Auf der anderen Seite wären ohne die Plastizität neue Verbindungen und Lernen nicht möglich, da die winzigen Veränderungen durch das Hintergrundrauschen übertönt würden.
Die Forscher behaupten, dass das Messen des Wachstums und der Bildung von Verbindungen von Dendriten - die winzigen "Erweiterungen", die Neuronen für die Kommunikation verwenden - anatomische Beweise liefern, dass Neuronen Plastizität zeigen, selbst wenn das Lernen nicht stattfindet.
Ajemian weist darauf hin, dass die ständig wechselnden Zusammenhänge erklären, warum einige Fähigkeiten verloren gehen, wenn sie nicht praktiziert werden - insbesondere wenn sie Fähigkeiten beinhalten, die sich mit anderen Lernergebnissen überschneiden.
Deshalb, so Ajemian, wärmen sich Athleten vor einem Spiel auf - nicht nur, um Muskeln aufzuwecken, sondern um die neuralen Bahnen in den motorischen Kortex des Gehirns zu "spülen" und Signale für gelernte Freistrahle freizugeben.
Einige Fähigkeiten, wie das Fahrradfahren, werden jedoch nicht so leicht vergessen, da sich die neuralen Verbindungen nicht so sehr überschneiden.
"Sobald du etwas gelernt hast, wenn es sich nicht überschneidet oder dich mit anderen Fähigkeiten überschneidet, wirst du es vergessen, aber so langsam, dass es im Wesentlichen dauerhaft ist", sagt Ajemian.
Die Forscher untersuchen nun, ob das Modell erklären kann, wie das Gehirn Erinnerungen an Ereignisse und nicht nur an motorischen Fähigkeiten festhält.
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