其实你低估了环境对大脑的影响
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@Ira Derenskaya
厨师是如何控制他们的刀去切鱼片或去葡萄皮，又如何能像削皮刀一样有效地挥舞切菜刀呢？即使是我们这些对厨房操作不那么熟练的人，在一生中也学会了熟练地处理数量惊人的不同物品，比如说会系鞋带，会打网球。
这种不断获得新技能而不忘记旧技能的能力是人类与生俱来的，但即使对当今最先进的人工智能系统来说也是一个重大挑战。
现在，来自剑桥大学和哥伦比亚大学的科学家们做了一系列实验，并通过实验验证了一种新的数学理论，该理论可以解释人类大脑是如何实现这一壮举的。这一模型被称为“上下文推理”(COIN)模型，它表明识别当前环境是学习如何运动的关键。
这个模型描述了大脑中的一种机制，它不断地试图弄清楚当前的环境。该理论认为，这些对环境不断变化的判断决定了如何使用现有记忆，以及是否形成新的记忆。这项研究结果于2021年11月24日发表在《自然》杂志上。
哥伦比亚大学的资深合著者丹尼尔·沃尔伯特博士说:“想象一下用不同寻常的球拍打网球，或者把网球换成壁球。”“我们的理论探索了你的大脑如何适应这些情况，以及是否将它们视为不同的环境。”
根据COIN模型，大脑维持着一整套运动记忆，每一个都与它产生的环境相关，比如打壁球和打网球。即使是一次球拍的挥动，大脑也能提取出许多记忆，每一种记忆都与大脑认为当前记忆产生的环境成比例。
这违背了传统的观点，即一次只使用一个内存。为了提高下一次挥杆的表现，大脑也会更新所有记忆，再次取决于它对当前环境的判断。当动作的背景被判断为新的(例如，我们在打了多年网球之后第一次打壁球)，大脑会自动为该环境创造新的记忆。这确保了我们不会覆盖之前建立的记忆，比如打网球的记忆。
这项研究可能会带来更好的物理治疗策略，帮助受伤的人康复身体清空。通常情况下，在物理治疗师办公室中看到的变化不会转移到现实世界中得到改善。
第一作者詹姆斯·希尔德博士表示，随着对环境如何影响运动学习的更好理解，你可以思考如何推动大脑将学到的东西归纳到物理治疗过程之外的环境中。更好地理解记忆和学习环境依赖性的基本机制可能会在这一领域产生治疗效果。
“让我感到兴奋的是，COIN模型的原理也可以推广到其他形式的学习和记忆，而不仅仅是我们运动背后的记忆，”剑桥大学工程系的资深合著者Máté Lengyel教授说。“例如，看似被遗忘的记忆的自发重现，通常是由我们周围环境的变化引发的，在运动学习和创伤后应激障碍中都可以观察到。”
▎铸造一个新模型
用网球拍练习，随着时间的推移，大脑会形成关于你如何移动手臂和身体其他部位的运动记忆，从而提高你的发球水平。但研究人员表示，学习并不是简单地创造更好的记忆，从而使动作更精确。否则，网球运动员的发球可能会提高到永远不会把球打出界的程度。现实世界和我们的神经系统都十分复杂，大脑必须处理很多变化。
大脑是如何将这些干扰——这些随机波动——与新环境区分开来的呢？又是如何理解一个稍轻的网球拍仍然可以使用之前的网球拍记忆来操作呢？但乒乓球拍是一种完全不同的东西，这需要重新学习吗？
@novoseletska
根据COIN模型，答案可能是贝叶斯推理，这是一种用于处理不确定性的数学技术。这种方法根据以往的经验，在统计学上衡量新的证据，以便在一个变化的世界中指导一个人的判断。在COIN模型中，环境是一种简化的假设，即在一组给定的环境中，某些行为比其他行为更有可能导致某些结果。
科学家们指出，新理论接受了不确定性在运动学习中所扮演的角色，这类似于量子物理学从可能性而非确定性的角度来看待宇宙。
@novoseletska
▎掌握理论
研究人员利用之前的实验数据和新实验数据对COIN模型进行了测试，在新实验中，志愿者与机器人手柄互动。参与者学习操纵手柄以达到目标，同时手柄以不同的方式向后推。
例如，花时间学习操纵杆向左推时操作操纵杆的志愿者，在操纵杆改变行为向右推时操作操纵杆的困难要比那些一开始就把操纵杆向右推的志愿者多。COIN模型解释了这种效应，称为顺行干涉（anterograde interference）。
“你学习一个任务的时间越长，你进入第二个任务的新环境的可能性就越小，”Wolpert说。“你仍然在形成第二个任务的运动记忆，但你还没有使用它，因为你的大脑仍然停留在第一个环境中。”
该模型还预测，即使在随后的训练中，一种习得的技能似乎已被抹去，但它仍可能再次出现，这种重新出现被称为自发恢复。除了运动学习外，还出现在许多其他形式的学习中。例如，自发恢复与治疗创伤后应激障碍的挑战有关，在这种情况下，环境可以触发创伤记忆自发复发。
科学家通常用两种不同的学习机制来解释自发恢复过程。在一种情况下，快速学习的记忆很快就会忘记，而在另一种情况下，缓慢学习的记忆也会慢慢忘记，从而重新出现。相比之下，COIN模型表明，学习只有一种机制，而不是两种独立的机制，而且那些明显消失的记忆可能会随着正确的触发而重新出现。在实验室中，研究人员用新的实验已经证实了这一点。
参考资料：
1.https://www.nature.com/articles/s41586-021-04129-3；
2.https://neurosciencenews.com/context-movement-memory-19698/；
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