تغییرات مغزی که یادگیری تمایز بصری خوب را امکان پذیر می کند

موسسه ماکس پلانک فلوریدا برای علوم اعصاب

برای درک کامل تأثیر یادگیری بر ادراک بصری، نویسندگان بعداً بررسی کردند که آیا تغییرات در فعالیت عصبی که تمایز بینایی را بهبود می بخشد، خارج از زمینه کار آموخته شده باقی می ماند یا خیر. جالب توجه است، آنها دریافتند که تغییرات عصبی نه تنها ادامه دارد، بلکه با تغییراتی در توانایی های شاخ درختی آموزش دیده برای انجام سایر تمایزات همراه است. این شامل هر دو افزایش برای برخی از جهت گیری های محرک و اختلالات برای دیگران. تغییرات رفتاری که دقیقاً همان چیزی بود که با توجه به تغییرات در پاسخ‌های این زیرمجموعه خاص از نورون‌ها انتظار می‌رفت.

منبع:

دانشمندان این وظیفه رفتاری را با اندازه گیری فعالیت عصبی در V1، ناحیه ای از مغز که برای پردازش بصری ضروری است، ترکیب کردند. نورون‌های این ناحیه با ویژگی‌های خاص ورودی بصری، مانند جهت‌گیری لبه‌های روشن-تاریک، فعال می‌شوند. نورون‌های منفرد برای جهت‌گیری‌های لبه‌ای «ترجیح» نشان می‌دهند، و با بیشترین فعالیت به این جهت‌ها و با فعالیت تدریجی کمتر یا بدون فعالیت به لبه‌هایی که بیشتر از جهت‌گیری ترجیحی هستند، پاسخ می‌دهند. به این ترتیب، یک صحنه بصری که دارای لبه هایی با جهت گیری های مختلف است، زیر مجموعه های خاصی از نورون ها را فعال می کند تا یک الگوی فعالیت عصبی تولید کند که اطلاعات مورد نیاز برای ادراک بصری را رمزگذاری می کند.

جو شوماخر، نویسنده اول، توضیح می دهد: «این کار تغییرات خاص مبتنی بر تجربه را در فعالیت نورون ها نشان می دهد که بر ادراک محرک های بصری تأثیر می گذارد، و تبعیض های مربوط به عملکرد کار را به قیمت سایر تبعیض های مرتبط افزایش می دهد. اکنون آزمایشگاه هدف خود را ترکیب این رویکرد با فن‌آوری‌های جدید برای بازگشایی توالی و تغییراتی است که در انواع مختلف نورون‌ها رخ می‌دهد تا واسطه یادگیری ادراکی باشد. دانشمندان در آزمایشگاه فیتزپاتریک با بررسی این سؤالات در سیستم بینایی شال درختی در حال کشف بینش های اساسی جدید در مورد یادگیری ادراکی هستند که می تواند بر درک ما از طیف گسترده ای از اختلالات یادگیری تأثیر بگذارد.

مرجع مجله:

شوماخر و همکارانش دریافتند که یادگیری تمایز بصری در شتر درختی با افزایش تفاوت در الگوهای فعالیت عصبی برانگیخته شده توسط دو تصویر بصری همراه است. این در درجه اول به دلیل افزایش میزان فعالیت عصبی در پاسخ به ارائه جهت گیری محرک پاداش نسبت به جهت گیری غیر پاداش بود. اما این فقط یک افزایش کلی در پاسخ های عصبی به محرک پاداشی نبود. وقتی دانشمندان تغییرات را دقیق‌تر بررسی کردند، دریافتند که این تغییرات در فعالیت یک زیرمجموعه خاص از نورون‌ها میانجی‌گری می‌شود: آن‌هایی که اولویت جهت‌گیری آنها برای تشخیص جهت‌گیری محرک پاداش‌دهی شده از محرک بدون پاداش بهینه بود.

درک بصری ما از جهان اغلب نسبتاً پایدار تصور می شود. با این حال، مانند همه عملکردهای شناختی ما، پردازش بصری توسط تجربیات ما شکل می گیرد. در طول رشد و بزرگسالی، یادگیری می تواند ادراک بصری را تغییر دهد. به عنوان مثال، بهبود تمایز بصری الگوهای مشابه، یک مهارت آموخته شده برای خواندن است. در یک مطالعه تحقیقاتی جدید منتشر شده در زیست شناسی فعلی، دانشمندان اکنون تغییرات عصبی را که در طول یادگیری برای بهبود تشخیص تصاویر بصری نزدیک به هم اتفاق می‌افتد، کشف کرده‌اند.

این مطالعه که توسط نویسنده اول دکتر جوزف شوماخر و نویسنده ارشد دکتر دیوید فیتزپاتریک در موسسه علوم اعصاب ماکس پلانک فلوریدا رهبری شد، یک رویکرد دگرگون کننده برای مطالعه یادگیری ادراکی در مغز ایجاد می کند. محققان با انجام این آزمایش‌ها در یک مدل حیوانی جدید به نام «شور درخت»، از فعالیت تعداد زیادی از سلول‌های عصبی منفرد در طول روز تصویربرداری کردند تا تغییراتی را که در حین یادگیری یک تکلیف تشخیص بصری رخ می‌دهد، ردیابی کنند.

10.1016/j.cub.2022.06.009



منبع

حشره درختی یک پستاندار کوچک با ویژگی های بصری شبیه به انسان است، از جمله درجه بالایی از حدت بینایی و آرایش منظم فضایی مشابه نورون های بصری پاسخگو در مغز. همانطور که محققان نشان می دهند، این حیوانات همچنین می توانند وظایف رفتاری پیچیده ای را بیاموزند، و آنها را برای درک اینکه چگونه تجربه ادراک بصری را شکل می دهد، ایده آل می کند. در این مطالعه، خرچنگ‌های درختی آموزش دیدند تا بین تصاویر بصری بسیار مشابه تمایز قائل شوند: خطوط مشکی یکسان که تنها با یک تغییر کوچک در جهت‌گیری (22.5 درجه) متفاوت بودند. در این کار، ارائه خطوط در یک جهت با یک قطره آب پاداش داده شد. در طول روزها، شقایق های درختی یاد گرفتند که بین دو تصویر بصری مشابه تمایز قائل شوند، فقط در پاسخ به خطوط در جهت پاداش لیس می زنند و از لیس زدن به خطوط در جهت غیر پاداش خودداری می کنند.