Uczenie się nowej umiejętności zwykle wymaga aktywnego ćwiczenia jej metodą prób i błędów, a jednocześnie uzyskiwania informacji zwrotnej na temat swoich wyników. Naukowcy odkryli jednak, że bierny kontakt z odpowiednimi informacjami może również pobudzić proces uczenia się, nawet bez bezpośredniego szkolenia i informacji zwrotnej.
Naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley niedawno wykazali ten efekt u myszy uczących się kategoryzować dźwięki. Odkryli, że bierna ekspozycja na dźwięki przed aktywnym treningiem lub w jego trakcie pomogła myszom szybciej się uczyć. Naukowcy zbudowali także modele komputerowe symulujące sieci neuronowe w mózgu, które pokazały, jak bierna ekspozycja może zmienić sposób reprezentowania informacji zmysłowych i ułatwić powiązanie z prawidłowymi reakcjami.
Wyniki, opublikowane w Neuroscience, zapewniają wgląd w bardziej efektywne metody szkoleniowe, które łączą uczenie się pasywne i aktywne. To hybrydowe podejście może pomóc w zdobywaniu umiejętności praktycznych, takich jak nauka gry na instrumentach muzycznych lub nabywanie języka u dorosłych i dzieci.
Kluczowe składniki: wysiłek, praktyka i informacja zwrotna
Uczenie się nowych umiejętności percepcyjnych wymaga aktywnego podejmowania decyzji dotyczących zadania i uzyskiwania informacji zwrotnej na temat tych wyborów. Załóżmy, że próbujesz lepiej kategoryzować dźwięki na wysoką i niską częstotliwość. Słuchałbyś dźwięków, zgadywał, czy brzmią wysoko, czy nisko, i otrzymywał informację, czy twój wybór był prawidłowy. Ten zamknięty w pętli proces wyboru, informacji zwrotnej i dostosowania ćwiczy obwody decyzyjne mózgu.
Bierne słuchanie dźwięków w tle nie powinno pomóc w aktywnym procesie uczenia się. Nie podejmujesz żadnych decyzji ani nie otrzymujesz informacji, czy masz rację, czy nie. Jednak ludzie i inne zwierzęta są codziennie narażeni na kontakt z informacjami zmysłowymi, nawet jeśli celowo nie ćwiczą jakiejś umiejętności. Naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley zastanawiali się, czy mózg mógłby oportunistycznie wykorzystać tę pasywną ekspozycję.
Wskazówki z poprzednich badań dotyczące uczenia się pasywnego
Naukowcy zainspirowali się wcześniejszymi badaniami pokazującymi, że wczesna ekspozycja na dźwięki może pobudzić rozwój układu słuchowego zwierząt. Młode szczury hodowane w środowisku, w którym występują pewne powtarzające się dźwięki, później lepiej rozróżniają podobne dźwięki.
W przypadku dorosłych ludzi niektóre badania sugerują również, że przeplatanie sesji pasywnego słuchania z aktywnym treningiem w zakresie zadań słuchowych może pobudzić proces uczenia się. Mniej jednak wiadomo było na temat interakcji pasywnej ekspozycji z aktywnym uczeniem się w dojrzałych modelach zwierzęcych, co mogłoby zapewnić więcej informacji biologicznych.
Zespół z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley zdał sobie sprawę, że uczenie maszynowe może również dostarczyć pewnych wskazówek. Informatycy odkryli, że pierwsze modele sieci neuronowych przed uczeniem na dużych, nieoznakowanych zbiorach danych mogą umożliwić im znacznie szybsze uczenie się oznaczonych etykiet zadań przy mniejszej liczbie przykładów szkoleniowych. Układ słuchowy może zastosować podobną sztuczkę, najpierw wykorzystując pasywną ekspozycję na nieoznakowane dźwięki, aby zoptymalizować swój wewnętrzny model świata, przyspieszając w ten sposób naukę zadań.
Myszy uczą się szybciej po biernym słuchaniu
Naukowcy postanowili systematycznie testować, czy pasywna ekspozycja na dźwięk wspomaga uczenie się aktywnych kategorii słuchowych, korzystając z myszy przeszkolonych do wykrywania wzorców dźwiękowych.
Myszy musiały sklasyfikować krótkie tony zmieniające wysokość jako rosnące lub opadające. Swój wybór sygnalizowali wtykając nos w lewy lub prawy otwór komory badawczej. W ciągu wielu codziennych sesji treningowych myszy coraz lepiej radziły sobie z dokładną kategoryzacją dźwięków.
Naukowcy porównali grupy myszy, które przeszły standardowe szkolenie, z dwiema innymi grupami. Jedna grupa uzyskała dodatkową pasywną ekspozycję na dźwięk, odtwarzając dźwięki tła w swoich domowych klatkach przed aktywnym treningiem. Inna grupa myszy słyszała dźwięki pasywne przeplatane przez całą fazę aktywnego uczenia się, a nie tylko na początku.
W obu przypadkach myszy wystawione na dodatkowe pasywne dźwięki wykazały przyspieszoną naukę. Osiągnęły szczytową wydajność kategoryzacji szybciej niż myszy poddane jedynie aktywnemu treningowi. Wykazało to, że bierna ekspozycja na dźwięk może usprawnić aktywne nabywanie umiejętności słuchowych u dojrzałych ssaków.
Modele sieci neuronowych symulują uczenie się biologiczne
Aby zrozumieć, jakie mechanizmy mogą pozwolić na bierną ekspozycję i zapewnić korzyści edukacyjne widziane behawioralnie, badacze zbudowali modele obliczeniowe naśladujące przetwarzanie neuronowe i uczenie się w układzie słuchowym.
Przetestowali różne architektury, od prostych klasyfikatorów liniowych po wielowarstwowe sieci neuronowe. Niektóre modele wykorzystywały wyłącznie uczenie się nadzorowane, podczas którego połączenia sieciowe są dostrajane w oparciu o dopasowanie wyników modelu do dokładnych etykiet podczas uczenia. Inne modele dodano w ramach nienadzorowanego szkolenia wstępnego, podczas którego przechwytywane są wzorce w strukturze nieoznaczonych danych wejściowych przed połączeniem wyników z etykietami.
Naukowcy odkryli, że wielowarstwowe sieci neuronowe, które zasadniczo bez nadzoru wykrywały cechy na podstawie pasywnych wejść dźwiękowych, a następnie nadzorowały dostrajanie, najlepiej odpowiadały wydajności uczenia się myszy. Modele wskazały na bierną ekspozycję prowadzącą do reorganizacji reprezentacji sensorycznych, które umożliwiają bardziej efektywne aktywne uczenie się.
Najlepiej sprawdza się przeplatanie
Oprócz wykazania, że bierna ekspozycja przyspiesza uczenie się, eksperymenty wykazały, że prezentacje dźwiękowe przeplatane w trakcie szkolenia prowadziły do szybszego opanowania umiejętności niż bierne słuchanie tylko na początku. Dalsze modelowanie obliczeniowe pomogło wyjaśnić ten wynik poprzez tak zwaną zgodność między regułami uczenia się, które decydują o aktualizacjach modelu pasywnego i aktywnego.
Kiedy zachodzą razem, nienadzorowane i nadzorowane zmiany w połączeniach neuronowych nakładają się na siebie, szybko doskonaląc reprezentacje, aby zapewnić doskonałą wydajność. Naukowcy odkryli, że zaledwie kilka przeplatanych sesji pasywnych było tak samo skutecznych, jak dni początkowej biernej ekspozycji.
Kiedy więc bierzesz do ręki gitarę lub zaczynasz nagrywać taśmy w obcym języku, nie od razu rzucaj się w stronę ćwiczeń hardkorowych. Pamiętaj, aby uzupełnić codzienny aktywny trening o bierne słuchanie. Twój mózg pochłonie dźwięki i osiągniesz swoje cele edukacyjne w krótszym czasie.
To podejście, łączące pasywną ekspozycję z aktywnym uczeniem się, stanowi przepis na szybsze opanowanie umiejętności rzeczywistych przy użyciu naturalnych procesów uczenia się naszego mózgu. Naukowcy badający, w jaki sposób zwierzęta i sztuczna inteligencja uczą się nowych zadań, w dalszym ciągu odkrywają optymalne harmonogramy szkoleń, które wykorzystują oznakowane i nieoznakowane dane. Jednak badania te pomagają mózgowi biologicznemu lub cyfrowemu w uzyskaniu oceny, ujawniając sposób na przyspieszenie uczenia się.
O autorze
Robert Jennings jest współwydawcą InnerSelf.com wraz z żoną Marie T Russell. Uczęszczał na University of Florida, Southern Technical Institute i University of Central Florida, gdzie studiował nieruchomości, rozwój miast, finanse, inżynierię architektoniczną i edukację podstawową. Był członkiem Korpusu Piechoty Morskiej Stanów Zjednoczonych i Armii Stanów Zjednoczonych, dowodząc baterią artylerii polowej w Niemczech. Przez 25 lat pracował w finansach, budownictwie i rozwoju nieruchomości, zanim założył InnerSelf.com w 1996 roku.
InnerSelf jest zaangażowany w dzielenie się informacjami, które pozwalają ludziom dokonywać świadomych i wnikliwych wyborów w życiu osobistym, dla dobra wspólnego i dla dobra planety. Magazyn InnerSelf ma ponad 30 lat publikacji w formie drukowanej (1984-1995) lub online jako InnerSelf.com. Wspieraj naszą pracę.
Creative Commons 4.0
Ten artykuł jest objęty licencją Creative Commons Uznanie autorstwa-Na tych samych warunkach 4.0. Atrybut autora Robert Jennings, InnerSelf.com. Link do artykułu Artykuł pierwotnie pojawił się na InnerSelf.com
Książki o poprawie wydajności z listy bestsellerów Amazon
„Szczyt: Sekrety nowej nauki wiedzy specjalistycznej”
autorstwa Andersa Ericssona i Roberta Poola
W tej książce autorzy opierają się na swoich badaniach w dziedzinie wiedzy specjalistycznej, aby zapewnić wgląd w to, jak każdy może poprawić swoje wyniki w dowolnej dziedzinie życia. Książka oferuje praktyczne strategie rozwijania umiejętności i osiągania mistrzostwa, z naciskiem na przemyślaną praktykę i informacje zwrotne.
Kliknij, aby uzyskać więcej informacji lub zamówić
„Atomowe nawyki: łatwy i sprawdzony sposób na budowanie dobrych nawyków i przełamywanie złych”
autorstwa Jamesa Cleara
Ta książka oferuje praktyczne strategie budowania dobrych nawyków i łamania złych, z naciskiem na małe zmiany, które mogą prowadzić do wielkich rezultatów. Książka opiera się na badaniach naukowych i rzeczywistych przykładach, aby zapewnić praktyczne rady dla każdego, kto chce poprawić swoje nawyki i osiągnąć sukces.
Kliknij, aby uzyskać więcej informacji lub zamówić
„Nastawienie: nowa psychologia sukcesu”
przez Carol S. Dweck
W tej książce Carol Dweck bada koncepcję nastawienia i tego, jak może ono wpłynąć na nasze wyniki i powodzenie w życiu. Książka oferuje wgląd w różnicę między nastawieniem na trwałość a nastawieniem na rozwój oraz przedstawia praktyczne strategie rozwijania nastawienia na rozwój i osiągania większych sukcesów.
Kliknij, aby uzyskać więcej informacji lub zamówić
„Siła nawyku: dlaczego robimy to, co robimy w życiu i biznesie”
przez Charlesa Duhigg
W tej książce Charles Duhigg bada naukę stojącą za kształtowaniem nawyków i sposób, w jaki można ją wykorzystać do poprawy naszych wyników we wszystkich dziedzinach życia. Książka oferuje praktyczne strategie rozwijania dobrych nawyków, łamania złych i wprowadzania trwałych zmian.
Kliknij, aby uzyskać więcej informacji lub zamówić
„Mądrzejszy, szybszy, lepszy: Sekrety produktywności w życiu i biznesie”
przez Charlesa Duhigg
W tej książce Charles Duhigg bada naukę o produktywności i o tym, jak można ją wykorzystać do poprawy naszych wyników we wszystkich dziedzinach życia. Książka opiera się na rzeczywistych przykładach i badaniach, aby zapewnić praktyczne porady dotyczące osiągania większej produktywności i sukcesu.
