Всеки ден хората учат нови неща, независимо дали става въпрос за ново хоби, приготвяне на нова рецепта или просто преглеждане на сутрешните новини.

Част от тези преживявания мозъкът запаметява за години напред, а понякога дори те остават в съзнанието ни за цял живот, пише Fast Company.

Но как се случва това?

В ново изследване, публикувано в списание Science, учени отговарят на този въпрос чрез нещо, което може да се нарече карта на правилата, които мозъкът използва, за да учи.

Резултатите преобръщат досегашните представи за това как се изграждат спомени – и подсказват, че мозъкът е доста по-гъвкав и стратегически настроен, отколкото се е смятало до момента.

Учени доказват, че е възможно да се „съживи“ мъртъв мозък - но има уловка

Електрическата симфония в мозъка

Човешкият мозък е съставен от милиарди неврони, които си комуникират чрез електрически импулси. Подобно на това как компютрите използват бинарен код, невроните обменят информация чрез електрически сигнали.

Те се предават чрез синапси – връзки между клетките. Всяка нервна клетка има разклонения, наречени дендрити, които могат да получават хиляди сигнали от други клетки и да ги препращат към тялото на неврона. Там е мястото, където те се обработват и се решава дали да се генерира нов сигнал.

Именно колективната активност на тези сигнали – как, кога и кои неврони се активират – формира „представянето“ на различни изживявания и информация в мозъка.

От десетилетия невронауката вярва, че ученето се случва чрез промени в синапсите – така наречената синаптична пластичност. Някои връзки между невроните се засилват, докато други отслабват, в зависимост от новата информация, която мозъкът получава.

Най-важният въпрос обаче остава: Как мозъкът избира кои връзки да променя? Това се нарича „проблем на разпределянето на заслугата“ – кои синапси са „виновни“ за успеха на едно ново поведение и трябва да се подсилят?

От архитекти до програмисти – как бизнесът използва AI като „трети мозък“

Изследователите наблюдават директно активността на синапсите в реално време. Те внедряват специални биосензори в невроните на мишки, които светят, когато е налична активност.

След това ги обучават да натискат лост в отговор на звуков сигнал, за да получават вода.

Резултатите са изненада за учените: не всички синапси на един и същи неврон следват едни и същи правила. Част от тях работят според класическото правило на Хеб: „Неврони, които се активират заедно, се свързват по-силно“. Но други синапси – дори върху същия неврон – се променят по различен начин, напълно независимо от активността на клетката.

Това откритие показва, че мозъкът използва различни стратегии за учене едновременно, в зависимост от местоположението на синапсите. По този начин той може да обработва различни типове информация паралелно.

Да живееш с чип в мозъка: Реалност за Ноланд Арбо, който повярва на Neuralink

Новият модел на обучение в мозъка може да обясни защо хората едновременно могат да запомнят факт, да обработват емоции и да реагират на ситуации – с висока точност и скорост.

Оказва се, че невроните не просто „съхраняват“ информация – те интелигентно подбират как да се адаптират според вида на информацията, която получават.

Какво следва?

Това откритие отваря нови хоризонти за приложения в медицината и технологиите. Разбирането на „правилата“, по които се променят връзките между невроните, може да се окаже важно за лечението на неврологични и психиатрични заболявания, както и за създаването на по-интелигентни и адаптивни системи за изкуствен интелект.

Много заболявания на мозъка – включително депресия, шизофрения и болест на Алцхаймер – са свързани с нарушения в синаптичната пластичност, тоест в способността на синапсите да се засилват или да отслабват.

Безсмъртният ритъм: Мозъчните вълни на Алвин Лусиер създават нова музикална реалност

Например, при депресивни състояния може да се наблюдава прекомерно отслабване на връзките в зони на мозъка, свързани с възприемането на удоволствие, което затруднява положителните емоционални реакции.

Ако учените разберат как нормално функционира тази пластичност, те ще могат по-ясно да определят какво се обърква при заболяванията – и да създадат по-точни и ефективни терапии.

Откритията също така могат да окажат влияние и върху развитието на AI технологиите. Повечето модели за изкуствен интелект днес се базират на изкуствени мрежи от неврони, вдъхновени от човешкия мозък.

Начинът, по който тези системи „учат“, често използва еднакви, опростени правила за промяна на връзките – нещо, което е далеч от сложността на реалния мозък.

Ако невроните в мозъка могат едновременно да използват различни правила за учене, то същото може да се приложи и в AI системите: да се създават по-гъвкави, по-ефективни и по-реалистични алгоритми, които учат като мозъка – не само бързо, но и точно, дори когато става въпрос за сложни, непредвидими ситуации.

Фармацевтичният бизнес се завръща към психиатрията: кой ще води следващата вълна иновации

Какво още не знаем?

Въпреки оптимистичните възгледи, тепърва предстои начинът, по който работи човешкият мозък, да бъде напълно анализиран. Все още не е напълно ясно защо различните групи синапси следват различни правила и какво точно позволява на невроните да използват няколко метода за учене паралелно.

Остават въпроси, но всичко вече сочи към следващата голяма цел на невронауката – да разбере не само как мозъкът съхранява спомени, но и как може да бъде възстановен, подобрен или моделиран.