Разрешение неоднозначности: как мозг использует контекст при принятии решений и обучении
Жизнь может быть сложной. Нам приходится принимать так много решений. Хорошо, что у нас есть орбитофронтальная кора и гиппокамп, которые нам помогают. По словам исследователей из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре, эти области мозга работают вместе, помогая нам решать задачи, требующие разрешения неоднозначности, то есть ситуаций, в которых значение стимулов меняется в зависимости от контекста.
«Я бы сказал, что это основа познания», — сказал нейробиолог из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре Рон Кейфлин, чья лаборатория исследует нейронные цепи, лежащие в основе оценки и принятия решений.
«Именно это позволяет нам не вести себя как простые роботы, всегда одинаково реагирующие на каждый стимул. Наша способность понимать, что значение определенных стимулов зависит от контекста, дает нам гибкость; именно это позволяет нам действовать в соответствии с ситуацией».
Например, он сказал, что ваш телефон может звонить, но ответите ли вы на звонок, будет зависеть от множества факторов, включая то, где вы находитесь, что вы делаете, который час, кто может звонить и другие детали. Это один стимул, сказал Кейфлин, «но в зависимости от фоновых обстоятельств он будет обработан по-разному, и вы можете решить взаимодействовать с ним по-другому».
Исследование, опубликованное в журнале Current Biology , является первым, в котором причинно-следственная связь проверяется относительной ролью орбитофронтальной коры и гиппокампа в этом процессе разрешения контекстной неоднозначности.
Создание смысла
Орбитофронтальная (OFC) занимает переднюю часть мозга прямо над глазами. Она связана с оценкой вознаграждения, планированием, принятием решений и обучением. Дорсальный гиппокамп (DH) расположен дальше назад, глубже в мозге, и он связан с пространственной навигацией и эпизодической памятью.
«Исторически исследования орбитофронтальной коры и гиппокампа велись в основном параллельно, но в конечном итоге эти разные направления исследований пришли к очень похожим выводам относительно этих двух областей мозга», — сказал Кейфлин.
«Идея заключается в том, что эти две области мозга кодируют « когнитивную карту » структуры мира», — сказал он, отметив, что это не обязательно должна быть чисто пространственная карта. «Это карта причинно-следственной структуры окружающей среды; вы можете использовать эту карту, чтобы мысленно моделировать последствия своих действий и выбирать наилучший путь вперед».
Эта когнитивная карта — именно то, что нужно, чтобы понять, что значение сигнала зависит от контекста. Но исследования до этого не проверяли явно роль этих регионов в разрешении контекстной неоднозначности.
Чтобы понять, как эти две области способствовали разрешению контекстной неоднозначности, исследователи разработали эксперимент, в котором крысы подвергались воздействию кратких слуховых сигналов, представленных либо в ярком, либо в темном контексте (контекст менялся путем включения или выключения лампочки). Иногда слуховые сигналы приводили к вознаграждению (немного сахарной воды), но не всегда; в других случаях те же сигналы не имели никаких последствий, что делало их неоднозначными предикторами вознаграждений.
В конце концов крысы узнают, что один слуховой сигнал вознаграждается только в светлом, но не в темном контексте; в то время как для другого слухового сигнала все наоборот. Другими словами, они узнают, что значение сигналов зависит от контекста.
Исследователи знали, когда крыса научилась различать две ситуации: когда крысы подходили и облизывали чашку с сахарной водой в ожидании вознаграждения в одной ситуации, и когда нет — в другой.
Чтобы определить, каким образом орбитофронтальная кора и гиппокамп участвуют в этом процессе разрешения контекстной неоднозначности, исследователи использовали «хемогенетику» — инструмент, который позволял им временно деактивировать любую из этих структур во время выполнения задачи.
Они обнаружили, что инактивация OFC имела глубокие последствия в этой задаче. Без функциональной OFC крысы больше не могли использовать контекст для информирования своего прогноза и регулирования своего поведения поиска вознаграждения. Удивительно, но DH был в значительной степени необязателен в этой задаче; крысы были совершенно не обеспокоены инактивацией своего гиппокампа и продолжали выполнять задачу с высокой точностью.
Означает ли это, что DH не участвует в разрешении контекстной неоднозначности? Не совсем так. Ключевым моментом в их лаборатории стало осознание исследователями того, что знание не только важно для припоминания прошлого обучения, но и необходимо для будущего обучения.
«Если бы я пришел на лекцию по продвинутой математике, я бы понял — и узнал — очень мало», — сказал Кейфлин. «Но кто-то более сведущий в математике смог бы понять материал, что значительно облегчило бы обучение».
«Применительно к нашей задаче мы думали, что предшествующие знания контекстно-зависимых отношений облегчат изучение новых контекстно-зависимых отношений», — продолжил он. «И действительно, это именно то, что мы наблюдали».
По его словам, крысам потребовалось более четырех месяцев обучения, чтобы выучить первоначальные контекстно-зависимые пары; однако, получив когнитивную карту контекстно-зависимых отношений, крысы могли выучить новые контекстно-зависимые отношения всего за несколько дней.
Используя тот же хемогенетический подход, исследователи изучили роль OFC и DH в этой ускоренной знаниями форме обучения. На этот раз они обнаружили, что и OFC, и DH были необходимы. Без этих структур крысы не могли использовать свои предыдущие знания, чтобы делать выводы о новых зависимых от контекста отношениях.
Вывод заключается в том, что OFC и DH оба способствуют разрешению контекстной неоднозначности, но отчасти разными способами: OFC необходим для использования контекстных знаний для регулирования поведения, DH, с другой стороны, более важен для использования контекстных знаний для содействия новому контекстному обучению.
Тот факт, что предшествующие знания влияют на обучение, общепризнан в психологии и хорошо известен педагогам. Однако в исследованиях нейронауки это часто игнорируется, отметил Кефлин.
«Лучшее нейробиологическое понимание этого быстрого обучения и вывода контекстно-зависимых отношений имеет решающее значение, поскольку эта форма обучения, вероятно, гораздо более репрезентативна для человеческого опыта обучения».