Cientistas do cérebro liderados por Sebastian Haesler (NERF, capacitado pelo IMEC, KU Leuven e VIB) identificaram um mecanismo causal de como novos estímulos promovem o aprendizado. A novidade ativa diretamente o sistema de dopamina, responsável pelo aprendizado associativo. As descobertas têm implicações para melhorar as estratégias de aprendizado e para o design de algoritmos de aprendizado de máquina.
Novidade e aprendizado
Um tipo fundamental de aprendizado, conhecido como aprendizado associativo, é comumente observado em animais e humanos. Envolve a associação de um estímulo ou ação a um resultado positivo ou negativo. O aprendizado associativo é subjacente a muitos de nossos comportamentos cotidianos: recompensamos as crianças por fazerem as tarefas de casa, por exemplo, ou limitamos o tempo de TV se elas se comportarem mal.
Os cientistas sabem desde a década de 1960 que a novidade facilita o aprendizado associativo. No entanto, os mecanismos por trás desse fenômeno permaneceram desconhecidos.
“Trabalhos anteriores sugeriram que a novidade pode ativar o sistema de dopamina no cérebro. Portanto, pensamos que a ativação da dopamina também pode promover o aprendizado associativo. ” diz o Prof. Sebastian Haesler, que liderou o estudo.
Farejando a novidade
Para demonstrar que a novidade realmente ativa os neurônios da dopamina, os pesquisadores expuseram os ratos a cheiros novos e familiares.
“Quando os ratos cheiram um novo estímulo, eles ficam muito animados e começam a cheirar muito rapidamente. Este comportamento natural e espontâneo fornece uma ótima leitura para a percepção da novidade. ” explica o Dr. Cagatay Aydin, pós-doutorado no grupo de Sebastian Haesler. Com os experimentos com ratos, a equipe confirmou que os neurônios de dopamina foram ativados por novos cheiros, mas não por cheiros familiares.
Em um segundo passo, os ratos foram treinados para associar cheiros novos e familiares à recompensa.
“Quando bloqueamos especificamente a ativação da dopamina por meio de novos estímulos em apenas alguns testes, o aprendizado foi retardado. Por outro lado, estimular os neurônios de dopamina durante a apresentação de estímulos familiares acelerou o aprendizado ”. diz Joachim Morrens, aluno de doutorado do grupo.
O valor da novidade
Os resultados demonstram que a ativação da dopamina por novos estímulos promove o aprendizado. Eles também fornecem suporte experimental direto para um grupo de estruturas teóricas em ciência da computação, que incorporam um 'bônus de novidade' para explicar o efeito benéfico da novidade. Incorporar esse bônus pode acelerar os algoritmos de aprendizado de máquina e melhorar sua eficiência.
De uma perspectiva muito prática, os resultados nos lembram de quebrar nossa rotina com mais frequência e buscar novas experiências para sermos melhores aprendizes.
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Publicação
Morrens et al. 2020. A dopamina evocada por estímulos promove respostas condicionadas durante o aprendizado. Neuron
Financiamento
O financiamento veio do HFSP, EC Marie Curie e FWO.