通过首次揭示动物犯错时大脑发生的情况，约翰霍普金斯大学的研究人员正在阐明神经科学的圣杯：我们学习的机制。研究小组通过观察单个神经元的活动，确认了老鼠学习新技能的确切时刻，证实了早期研究所建议的动物是快速学习者，故意测试新知识的边界。
通过首次揭示动物犯错时大脑发生的情况，约翰霍普金斯大学的研究人员正在阐明神经科学的圣杯：我们学习的机制。
研究小组通过观察单个神经元的活动，确认了老鼠学习新技能的确切时刻，证实了早期研究所建议的动物是快速学习者，故意测试新知识的边界。
这项得到联邦资助的研究颠覆了关于学习速度和感觉皮层作用的假设，研究人员相信这在包括人类在内的动物物种中都适用，成果新近发表在《自然》杂志上。
“通过观察老鼠大脑的一个微小部分，我们可以理解大脑如何学习，并可以预测人类大脑可能的工作方式，”研究学习的约翰霍普金斯神经科学家基绍尔·库奇博特拉说。“神经科学领域在解码运动活动以及大脑如何处理视觉和听觉方面取得了重大进展。但是，这类研究的圣杯是思维——即听与做之间的联系——我们仍然在试图理解支配更高层次认知过程的大脑活动模式。这些发现朝着这个方向迈出了重要一步。”
尽管快速学习的能力对野外的任何动物都有益，但实验室中研究的动物似乎学习得慢且有条不紊。例如，老鼠通常需要数千次尝试才能学习一项任务，最好也要几百次。
库奇博特拉的实验室之前发现，动物的表现并不一定与它们的知识同步——或者说，动物可能知道的比它们在测试中展示的要多。实验室还发现，看似慢学习的动物可能在测试它们的新知识。但仅仅通过观察动物在任务中的挣扎，他们无法区分慢学习者和边界的战略测试者。
“我们对人类和其他动物可能知道些什么关于世界但选择不展示的想法感兴趣，”库奇博特拉说。“我们核心的问题是，学习与表现之间这种区别的神经基础是什么。”
研究人员教老鼠在听到一个音调时舌头舔一下，而在听到不同声音时不舔。从训练开始的那一刻起，研究小组记录了与听觉和感知相关的大脑区域——听觉皮层中神经元的活动。
出现了两个重大的惊喜。首先，根据库奇博特拉的说法，老鼠在20到40次尝试中学习，速度“异常快”。第二，这种学习活动发生在感觉皮层，而这通常与非感觉脑区相关联。
“这项工作阐明了在学习过程的不同阶段和不同条件下，评估大脑活动如何影响行为的重要性，”首席作者、约翰霍普金斯大学神经科学博士后研究员塞琳·德吕说。“我们的结果表明，感觉皮层的作用不仅是处理感觉输入；它在形成感觉线索与加强动作之间的关联方面也至关重要。”
当老鼠继续犯错，在神经活动显示它们已学习任务后仍在错误的时间舔舌时，它们的大脑活动确认给研究人员，老鼠知道游戏规则——它们只是进行实验。
“我们能够解码错误的认知驱动因素，”库奇博特拉说道。“我们可以判断动物是在犯错还是只是想尝试另一个选项。”
一旦老鼠掌握了任务并停止了探索行为，这种更高阶的活动开始减少，感觉皮层不再参与这个任务。
“我们认为这意味着动物比我们想象的要聪明，而且与学习相关的脑动力学是不同的。你可能知道某些事情，但与如何使用这些事情相关的并行过程仍然存在。大脑似乎能够很好的适应这一点，使我们在变得越来越擅长某事时，能够在表现和学习之间切换。”
