Соединяя точки между вовлечением и обучением

Все мы слышали поговорку: «Если сначала у вас не получится, попробуйте, попробуйте еще раз», но новое исследование Университета Карнеги-Меллона и Университета Питтсбурга показывает, что дело не только в повторении. Скорее, внутренние состояния, такие как вовлеченность, также могут влиять на обучение.

Совместные исследования , опубликованные в Nature Neuroscience , исследовали , как изменения внутренних состояний, таких как возбуждение, внимание, мотивации и вовлеченности могут влиять на процесс обучения с помощью интерфейса мозг-компьютер технологии (BCI). Полученные данные свидетельствуют о том, что изменения во внутренних состояниях могут систематически влиять на улучшение поведения по мере обучения, тем самым открывая путь к более эффективным методам быстрого обучения людей навыкам и к более высокому уровню мастерства.

Известно, что внутренние состояния модулируют нейронную активность мозга , и исследования продолжают изучать их влияние на моторный контроль, сенсорную обработку и познание. Однако конкретное взаимодействие между внутренними состояниями и обучением до конца не изучено.

«Интуитивно мы знаем, что нейронная активность меняется по мере того, как мы изучаем разные вещи, потому что наше поведение улучшается с практикой», — объясняет Джей Хенниг, аспирант в области нейронных вычислений и машинного обучения в Карнеги-Меллон. «Однако мы обнаружили, что дело не только в том, чтобы стать лучше. Все вещи, которые происходят вместе с обучением, такие как уровень внимания или состояние возбуждения, играют важную роль».

Используя парадигму обучения BCI, исследователи наблюдали, как изменилась нейронная активность, и степень, в которой на эти изменения повлияли сдвиги во внутренних состояниях, когда испытуемые выполняли задачи, перемещая курсор на экране компьютера, используя только паттерны нейронной активности.

По мере развития исследования команда начала замечать периодические резкие колебания активности нейронной популяции в моторной коре. Сначала они не понимали, почему это происходит, но со временем они пришли к выводу, что колебания случаются всякий раз, когда испытуемый был удивлен изменением задания. (Изменения варьировались от коротких пауз до возмущений карты BCI.) В эти моменты зрачки испытуемых расширялись, предполагая, что резкое колебание было нейронным проявлением внутреннего состояния, вовлеченности.

«Мы не искали этот конкретный эффект в нейронных данных», — говорит Стив Чейз, доцент кафедры биомедицинской инженерии Карнеги-Меллона и Института нейробиологии. «Диаметр зрачка был тесно коррелирован с сигналом вовлечения, который мы видели в нейронной активности, и, похоже, он оказывает огромное влияние на моторную кору».

В конечном счете, исследование показывает, что уровень вовлеченности или внимания субъектов может облегчить или усложнить обучение, в зависимости от контекста.

«Вы могли представить, что мозг будет настроен с четким разделением функций, таких как двигательные области для управления моторикой , эмоциональные области для управления эмоциями и сенсорные области для сенсорной репрезентации», — говорит Аарон Батиста, профессор биоинженерии в Университет Питтсбурга. «Мы находим случайное вторжение внутреннего состояния в моторную область. Возможно, мы сможем использовать этот сигнал для улучшения обучения».