더 많은 가변성은 학습에 도움이 됩니다.

[아름이]

더 많은 가변성은 학습에 도움이 됩니다.
날짜:
2023년 1월 31일
원천:
Deutsches Primatezenentrum(DPZ)/독일 영장류 센터
요약:
가변 자극은 시각 시스템의 학습 과정에 영향을 미칩니다.

월드컵 결승전이 한창 진행 중이고, 경기장은 꽉 찼고, 팬들은 함성을 지르고, 섬광이 번쩍입니다. 프리킥을 차는 선수가 준비를 하고 런업을 하고 슛을 합니다. 그는 사전에 프리킥을 수천 번 연습했지만 조명 조건이 바뀌고 슈팅 위치가 바뀌는 붐비고 시끄러운 축구 경기장이 아닌 홈 트레이닝 그라운드에서만 연습했습니다. 그는 여전히 득점을 할 수 있을까요? 독일 영장류 센터(DPZ) -- 라이프니츠 영장류 연구소와 괴팅겐에 있는 유럽 신경과학 연구소(ENI)의 신경과학자들은 우리의 시각 시스템이 학습 과정에 대한 다양한 자극의 문제를 해결하는 방법을 알아내고자 했습니다. 그럼에도 불구하고 항상 동일한 성능으로 수행되는 작업으로 이어지는 신경 수준의 전략이 있습니까?

인간 피험자를 대상으로 한 연구에서 그들은 많은 가변적 자극이 반드시 과제 학습을 더 어렵게 만들지는 않지만 새로운 조건에서 더 나은 성과로 이어질 수도 있음을 발견했습니다. 이것은 시각 시스템의 상위 영역에 있는 뉴런에 의해 제어되는 일반화 과정을 통해 발생합니다. 이 과정에서 골문을 향한 슛과 같은 작업 관련 정보만 처리합니다. 다른 조명 조건이나 샷 위치와 같은 관련 없는 자극에 덜 민감합니다. 그 결과 관련 없는 자극이 계속 바뀌어도 작업을 안전하게 수행할 수 있습니다. 축구 선수에게 이것은 다양한 훈련 상황이 학습 과정에 유익하다는 것을 의미합니다( Current Biology ).

인식의 근본적인 문제는 매우 가변적인 환경에서 관련 정보를 걸러내는 것입니다. 시각 시스템은 어떤 정보가 일정한지 학습함으로써 이를 달성하는 것으로 알려져 있습니다. 예를 들어, 우리는 관점이 바뀌거나 개 재킷을 입어도 개를 항상 개로 인식합니다. 이 일반화 프로세스는 지각 성능을 향상시키며 지각 학습이라고 합니다. 환경의 엄청난 변동성이 이 학습 과정에 어떤 영향을 미치는지는 지금까지 불분명했습니다.

이 연구의 수석 저자인 Giorgio Manenti는 "우리 연구에서 우리는 시각 시스템이 어떻게 가변성의 도전에 대처하고 여전히 높은 학습 성과를 달성하는지 알아보고 싶었습니다."라고 말했습니다. "이전에는 가변 자극이 주로 시각적 학습에 영향을 미친다고 가정했습니다. 그러나 이 가변성은 학습된 행동을 새로운 자극에 적용하는 일반화를 용이하게 할 수 있기 때문에 학습에 큰 이점이 될 수도 있습니다. 시각적 지각 학습."

연구자들은 두 가지 가설을 바탕으로 연구를 진행했습니다. 일반화 전략에서 학습은 중요하지 않은 자극을 무시하는 뉴런에 의존합니다. 따라서 프리킥 선수의 예에서 그들은 골 샷에 대한 정보만 처리하고 다른 샷 각도나 골까지의 거리는 처리하지 않습니다. 이 뉴런은 일반적으로 감각 처리의 상위 단계에 있습니다. 전문화 전략에서 학습은 작업 관련 및 관련 없는 기능 모두에 밀접하게 조정된 뉴런을 통해 작동합니다. 이 뉴런은 현재 작업에 대한 매우 정확한 정보를 제공할 수 있습니다. 그렇게 함으로써 각 정보를 개별적으로 처리합니다. 결과적으로 작업 수행은 매우 정확하지만 일반화가 발생하지 않으며 각각의 새로운 작업에는 자극을 처리하기 위해 이전에 훈련되지 않은 새로운 뉴런이 필요합니다.

이 연구에서는 선 패턴 방향의 작은 차이를 감지하도록 4개의 피험자 그룹을 훈련했습니다. 관련 작업은 선의 시계 방향 또는 시계 반대 방향 기울기를 감지하는 것이었습니다. 두 그룹 각각에 대해 실험 중에 줄 수를 변경했습니다. 의미 없는 자극이었다.

Giorgio Manenti는 "우리는 훈련 중 라인 수를 변경하면 실제 작업 성능을 더 잘 일반화할 수 있다는 것을 발견했습니다."라고 설명합니다. "피실험자들은 줄의 수가 변경되더라도 여전히 선 패턴의 방향 차이를 인식할 수 있었습니다. 완전히 새로운 선 패턴이나 화면의 새로운 위치가 표시되는 경우에도 작업을 수행할 수 있었습니다. 따라서 변동성의 증가는 학습 과정을 악화시키는 것이 아니라 학습 성능을 일반화하고 심지어 향상시킵니다."

인공 심층 신경망에서 훈련 프로그램의 컴퓨터 시뮬레이션은 일반화 전략 추측을 확인했습니다. DPZ 및 신경 회로 및 신경 회로의 지각 및 가소성 연구 그룹 책임자인 Caspar Schwiedrzik은 "전반적으로 이 연구는 훈련 유형이 뇌의 학습 전략에 영향을 미칠 수 있으며 따라서 뇌에서 학습이 이루어지는 위치에도 영향을 미칠 수 있음을 보여줍니다."라고 말했습니다. 작업을 요약하는 ENI의 인지 그룹. "시력 훈련은 축구 훈련 원칙과 비슷하다고 말할 수 있습니다. 둘 다 훈련의 다양성이 높을수록 새로운 도전에 더 잘 대처할 수 있습니다."

출처 : https://www.sciencedaily.com/