走神也能变聪明?研究发现大脑在无意中学习世界的神奇方式

你坐在公园长椅上放空、散步走神,或在新开的商场里随意闲逛,看似什么都没学,但根据贾内利亚研究园区(Janelia Research Campus)的一项新研究,你的大脑可能仍在悄悄学习。

神经科学家团队发现,大脑仅靠“暴露于环境中”就能形成复杂的模式识别能力,无需奖励、反馈或刻意思考。他们在小鼠大脑中同步记录了数万个神经元的活动,发现即便没有任何任务指令或奖励机制,大脑也会通过环境刺激自发学习。

贾内利亚小组负责人Marius Pachitariu表示:“即使你走神、闲逛、觉得自己什么都没做,大脑其实仍在努力记住你在哪、如何组织周围世界,好让你需要专注时,能立刻应对。”

实验怎么做的?
团队由博士后Lin Zhong带领,让小鼠在虚拟现实环境中奔跑,环境布置了各种自然纹理图案(如叶片、圆形等)。一组小鼠在识别特定图案后会获得水奖励,另一组小鼠同样看到图案,但完全不给奖励。

Zhong表示:“我非常惊讶,从博士起做了这么多年行为实验,没想到在不给任何任务训练的情况下,也能观察到同样的大脑可塑性。”

研究人员利用特制成像系统,同时记录多达9万个神经元活动,并用名为Rastermap的可视化工具分析海量神经模式数据。

不靠奖励,照样学得快
结果发现,两组小鼠的大脑视觉区域(尤其是中部高级视觉区HVAs)都出现了几乎相同的神经可塑性变化。即使是被动接触视觉环境的小鼠,之后学习新任务的速度也远超第一次接触的小鼠

Zhong说:“这意味着你不一定需要老师教你,环境本身就能促成潜意识学习,为将来打下基础。”

走神时,大脑在干什么?
尽管这项研究基于小鼠,但对人类学习机制的启示同样重要。大脑似乎能仅靠日常环境刺激,构建对世界的内在模型,当真正需要学习或解决问题时,效率会更高。

此外,研究还发现无任务探索学习目标导向学习激活的大脑区域不同。接受奖励训练的小鼠,大脑前部出现了专门预测奖励的信号,而仅被动接触环境的小鼠则没有。

Pachitariu表示:“这开启了探索大脑‘无监督学习’机制的大门。如果这才是大脑主要的学习方式,那我们就有必要深入研究这部分。”

超越视觉,重新理解学习方式
虽然实验集中在视觉学习,但结论远不止于此。这种**“无监督打底+监督赋义”**的双轨模型,可能同样适用于音乐、语言、社交、甚至抽象推理能力的获得。

这项发表在《自然》杂志的研究,也为人工智能的未来设计提供了启发。如今AI主要依赖大量标注数据,但如果生物大脑能靠“环境暴露”学得这么快,未来AI或许也能模仿这种无监督策略,提升学习效率。

Pachitariu总结道:“很可能,大脑中许多可塑性变化,来自动物自己主动探索环境的过程。”

所以,下次你觉得自己走神发呆时,别忘了:你的大脑可能正悄悄变聪明。(点击这里看原文)

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