Hersenwetenschappers onder leiding van Sebastian Haesler (NERF, gemachtigd door IMEC, KU Leuven en VIB) hebben een causaal mechanisme geïdentificeerd van hoe nieuwe stimuli het leren bevorderen. Nieuwheid activeert direct het dopamine-systeem, dat verantwoordelijk is voor het associatieve leren. De bevindingen hebben implicaties voor het verbeteren van leerstrategieën en voor het ontwerp van algoritmen voor machine learning.
Nieuwheid en leren
Een fundamenteel type leren, bekend als associatief leren, wordt vaak waargenomen bij dieren en mensen. Het gaat om de associatie van een stimulus of een actie met een positieve of negatieve uitkomst. Associatief leren ligt ten grondslag aan veel van ons dagelijkse gedrag: we belonen kinderen bijvoorbeeld voor het maken van hun huiswerk of beperken hun tv-tijd als ze zich misdragen.
Wetenschappers weten sinds de jaren zestig dat nieuwheid associatief leren vergemakkelijkt. De mechanismen achter dit fenomeen bleven echter onbekend.
“Eerder werk suggereerde dat nieuwheid het dopaminesysteem in de hersenen zou kunnen activeren. Daarom dachten we dat dopamine-activering ook associatief leren zou kunnen bevorderen. " zegt prof. Sebastian Haesler, die de studie leidde.
Nieuwigheid opsnuiven
Om aan te tonen dat nieuwigheid inderdaad dopamine-neuronen activeert, stelden de onderzoekers muizen bloot aan zowel nieuwe als bekende geuren.
“Als muizen een nieuwe prikkel ruiken, raken ze erg opgewonden en beginnen ze heel snel te snuiven. Dit natuurlijke, spontane gedrag zorgt voor een goede aflezing van nieuwheidsperceptie. " legt Dr. Cagatay Aydin uit, postdoc in de groep van Sebastian Haesler. Met de muisexperimenten bevestigde het team dat dopamine-neuronen werden geactiveerd door nieuwe geuren, maar niet door bekende.
In een tweede stap werden de muizen getraind om nieuwe en bekende geuren te associëren met beloning.
“Toen we dopamine-activering specifiek blokkeerden door nieuwe stimuli in slechts een paar proeven, werd het leren vertraagd. Aan de andere kant versnelde het stimuleren van dopamine-neuronen tijdens de presentatie van bekende stimuli het leren. " zegt Joachim Morrens, promovendus in de groep.
De waarde van nieuwheid
De bevindingen tonen aan dat dopamine-activering door nieuwe stimuli het leren bevordert. Ze bieden verder directe experimentele ondersteuning voor een groep theoretische kaders in de informatica, die een 'nieuwigheidsbonus' bevatten om het gunstige effect van nieuwheid te verklaren. Het gebruik van een dergelijke bonus kan algoritmen voor machine learning versnellen en hun efficiëntie verbeteren.
Vanuit een zeer praktisch perspectief herinneren de resultaten ons eraan om onze routine vaker te doorbreken en op zoek te gaan naar nieuwe ervaringen om beter te kunnen leren.
###
Publicatie
Morrens et al. 2020. Door cue opgeroepen dopamine bevordert geconditioneerde reacties tijdens het leren. Neuron
Financiering
Financiering kwam van HFSP, EC Marie Curie en FWO.
;
