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La mecánica neurocomputacional del aprendizaje humano


La detección de patrones es una parte importante de cómo los humanos aprenden y toman decisiones. Ahora, los investigadores han visto que está sucediendo en el cerebro de las personas cuando encuentran patrones en la información que se les presenta.

Para este estudio, los investigadores mostraron a los participantes 50 series de 12 imágenes, que incluían varias combinaciones de tres fotografías: una mano, una cara y un paisaje, a veces en un patrón y, a veces, en un orden aleatorio. Los participantes estaban en una máquina de resonancia magnética, que mostraba qué partes de su cerebro estaban activas mientras elegían la foto que pensaban que iba a aparecer a continuación.

"Pudimos ver qué partes del cerebro se activaron cuando los participantes descubrieron que existía un patrón, o se dieron cuenta de que no había un patrón", dijo Ian Krajbich, coautor del estudio y profesor asistente de psicología y economía en la Universidad del Estado de Ohio.

Krajbich condujo la investigación con Arkady Konovalov, un investigador postdoctoral en la Universidad de Zurich que recibió su doctorado en el estado de Ohio. El estudio fue publicado en la revista Neuron.

Los humanos intentan detectar patrones en su entorno todo el tiempo, dijo Konovalov, porque facilita el aprendizaje. Por ejemplo, si le dan indicaciones de manejo al cerebro en una ciudad desconocida, puede intentar memorizar cada esquina. Pero si ve un patrón, por ejemplo, si gira a la izquierda, luego a la derecha, luego a la izquierda, luego a la derecha, será más fácil de recordar.

"Nos dimos cuenta de que no se sabía mucho sobre cómo los humanos descifran estas reglas", dijo Konovalov.

El estudio involucró a 26 adultos. Cada foto que se mostraron comenzó como una imagen codificada que se reveló durante un período de tres segundos.

Pulsan un botón tan pronto como creyeron saber cuál de las tres imágenes se estaba presentando. El objetivo era seleccionar qué imagen se mostraba, lo más rápido posible. Los participantes ganaron dinero por sus respuestas correctas y cuanto más rápido respondieron, más ganaron.

"Si no saben qué imagen viene después, tienen que esperar un tiempo y eso les está costando dinero", dijo Krajbich. "Pero una vez que descubrieron un patrón, respondieron más rápido y pudimos ver cómo eso se reflejó en sus cerebros".

Los científicos habían estudiado durante mucho tiempo un tipo diferente de modelo de aprendizaje, que ellos llaman probabilístico.

En el modelo probabilístico, las personas aprenden al determinar la probabilidad de que un evento ocurra después de algún otro evento. Por ejemplo, puede aprender que su equipo deportivo favorito generalmente gana dos de tres juegos después de una derrota.

Pero ese modelo no explica el aprendizaje de patrones, dijo Krajbich. Con los patrones, usted sabe que un evento particular va a suceder en un punto específico en el tiempo.

"Las personas en nuestro estudio, no sólo predijeron las probabilidades sobre qué foto se mostrará a continuación, pero también están aprendiendo patrones y desarrollando reglas que guían sus decisiones y lo hacen más rápido y con mayor precisión", dijo Konovalov.

El aprendizaje probabilístico y de patrones difieren en cómo se relacionan con el cerebro, dijo Krajbich.

En este estudio, los investigadores encontraron que diferentes partes del cerebro estaban activas en un momento específico, dependiendo de los dos tipos de incertidumbre que enfrentaban los participantes.

Un tipo de incertidumbre era la pregunta de qué imagen vendría después. Los hallazgos mostraron, como era de esperar, que las mismas partes del cerebro estaban involucradas en esta tarea, y los estudios anteriores habían encontrado que estaban involucrados en el aprendizaje probabilístico, dijo Krajbich.

El otro tipo de incertidumbre se refería a si había un patrón en las imágenes presentadas. A medida que los participantes resolvieron esta cuestión, se activó una parte diferente del cerebro, la corteza prefrontal ventromedial.

Se ha demostrado en otras investigaciones que esta parte del cerebro está asocia con la recompensa.

"Una interpretación es que las personas pueden obtener una sensación de recompensa por averiguar si existe un patrón o no. Todavía no lo sabemos con certeza, pero es plausible", dijo Krajbich.

El hipocampo era otra parte del cerebro que estaba particularmente activa cuando los participantes estaban descifrando patrones. "Descubrimos que las personas que tenían más actividad hipocampal aprendían mucho más rápidos", dijo Krajbich.

En general, el estudio mostró que el aprendizaje de patrones es tratado de manera diferente en el cerebro, en comparación con el aprendizaje probabilístico.

"El cerebro está haciendo un seguimiento de más cosas de las que pensábamos anteriormente", dijo Krajbich. "No se trata únicamente de predecir lo que vendrá después. Si no que está buscando reglas para ayudar a predecir mejor y más rápido".

Referencia del documento científico:
Arkady Konovalov y Ian Krajbich. Dinámica Neurocomputacional del Aprendizaje de Secuencias. Neuron, Volumen 98, Número 6, P1282-1293.E4, 27 de junio de 2018; doi: 10.1016 / j.neuron.2018.05.013

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