Transcript Learning and the brain - who does what?

‫למידה‪ ,‬התניה ומח – מי עושה מה?‬
‫איפה למידה מתרחשת במח?‬
‫• איך המח לומד?‬
‫ חוק ‪ Hebb‬ופלסטיות סינפטית‬‫‪ -‬סינפסות אקסיטטוריות ואינהיביטוריות‬
‫• כל המח לומד (ברמה התאית)‬
‫• איפה מתרחשת הלמידה שאנו דברנו עליה?‬
‫ לא מתעסקים בלמידה מוטורית‬‫ לא מתעסקים בלמידה‪/‬הבשלה של חושים‬‫‪ -‬לא מתעסקים בלמידה עם מורה‬
‫• התניה = למידת חיזוק‬
‫‪ ‬אילו אזורים במח משתתפים בלמידת חיזוק?‬
‫אז איפה התניה מתרחשת במח?‬
‫סופסוף מסתכלים בתוך הקופסא השחורה‪ ,‬אבל‪ ...‬מה‬
‫זה נותן לנו?‬
‫ החיבור בין חקר התנהגות וחקר המח – כלי חזק מאוד‬‫להבנת תפקודי המח‪ ,‬וכן להבנת הארגון של התנהגות‬
‫ אבל – קשה להסיק מסקנות‪ ...‬חוקרים שני דברים מאוד‬‫מורכבים‬
‫איך בכלל מסתכלים בתוך הקופסא הזו?‬
‫‬‫‬‫‬‫‪-‬‬
‫הדמיות ‪fMRI,EEG,CT -‬‬
‫‪( Lesions‬מעשה ידי אדם או טבעיים) – באיזה שלב של‬
‫התהליך? איפה בדיוק? אינאקטיבציות זמניות‪.‬‬
‫פרמקולוגיה – מתן תרופות (סיסטמי‪/‬מקומי)‬
‫רישום תוך‪-‬תאי וחוץ‪-‬תאי בחיה מתנהגת‪/‬מורדמת‪in vitro/‬‬
‫אז איפה התניה מתרחשת במח?‬
‫• הקושי שבהוכחה – קבוצות ביקורת‪double ,‬‬
‫‪dissociations‬‬
‫• הקושי שבהבנה –‬
‫‬‫‬‫‬‫‪-‬‬
‫אז אזור מסוים פעיל במטלה מסוימת – אז מה?‬
‫אז נוירון מסוים יורה בצורה מסוימת במטלה מסוימת – אז‬
‫מה?‬
‫חלוקה פונקציונלית של המח בו בזמן עם חלוקה של‬
‫התנהגות‪/‬יכולות קוגניטיביות (זכרון וכו') למודולים (תלויים?‬
‫בלתי תלויים?)‬
‫אנטומיה – מי קשור למי – לא ממופה לגמרי (ברור)‪ ,‬וגם לא‬
‫קבוע במח‪..‬‬
‫• חשוב גם על איזו קופסא מסתכלים (חיות‪ ,‬בני אדם?‬
‫פגוע‪ ,‬תקין? גמישות המח‪)...‬‬
‫‪ ‬לא קלה מלאכתו של מי שרוצה להבין איך המח‬
‫לומד‪...‬‬
‫כמה דוגמאות (קצה הקרחון)‬
‫• נוירוטרנסמיטרים‪:‬‬
‫ דופמין וניבוי של השמטת חיזוק בהתניה אינהיביטורית‬‫(‪)extracellular single cell recordings‬‬
‫אזורים‪:‬‬
‫‬‫‬‫‬‫‬‫‪-‬‬
‫האמיגדלה ו‪fear conditioning-‬‬
‫התניה פבלובית בבני אדם (‪)fMRI( )trace vs. Delay‬‬
‫התפקיד של ההיפוקמפוס בהתניה אופרנטית (‪)lesion‬‬
‫למידת הרגלים בסטריאטום של בני אדם (‪)fMRI‬‬
‫‪ – Basal Ganglia‬למידה מוטורית תלויית חיזוק‬
‫דופמין – מה הוא מקודד?‬
‫• נוירוטרנסמיטר מאוד חשוב (מעורב כנראה בכל המחלות‬
‫המנטליות – סכיצופרניה‪ ,‬פרקינסון‪ ,‬התמכרות לסמים וכו')‬
‫• מתי נוירונים דופמינרגים יורים?‬
‫‬‫‬‫‬‫‪-‬‬
‫חיזוק לא צפוי‬
‫גירויים המנבאים חיזוקים אפטטיבים‬
‫השמטה של חיזוק צפוי (הפסקת ירי)‬
‫‪Novel/salient stimuli‬‬
‫• אזור מועדף ב‪ – intracranial self-stimulation-‬קשור‬
‫לחיזוק‪ ,‬אך לא מייצג חיזוקים באופן ישיר‬
‫• דברנו בעבר בהקשר של ‪– )TD( temporal difference‬‬
‫ההיפותזה השלטת – דופמין מקודד טעות ניבוי (בעיקר על סמך‬
‫התאמה של ‪ single cell activity‬לתאוריה של למידה)‪.‬‬
‫משפיע על למידה קלאסית ואופרנטית ב‪.basal ganglia-‬‬
‫דופמין – טעות ניבוי או קשב?‬
‫• חיזוקים וגירויים המנבאים חיזוקים הם ארועים אפטטיבים המעודדים‬
‫‪ approach‬ולמידה‪ ,‬אך הם גם מעוררים קשב – תגובת ‪,orienting‬‬
‫והפרעה להתנהגות הנכחית‪.‬‬
‫• תאי דופמין מגיבים גם לגירויים חדשים‪/‬חזקים המעוררים קשב ‪ ‬פגיעה‬
‫בהם אולי פוגעת בהפניית קשב‪.‬‬
‫• ‪Tobler, Dickinson + Schultz 2003‬‬
‫‬‫‬‫‬‫‬‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫התניה אינהיביטורית מנגידה את החיזוק והגירוי הקשבי – גירוי אינהיביטורי‬
‫הוא אברסיבי וגורם לעיכוב התנהגות‪ ,‬בעוד אקסיטטורי הוא אפטטיבי ומעורר‬
‫‪ ,CR‬אך לשניהם מפנים קשב‪.‬‬
‫ניסוי התניה קלאסית בקופים‪ AX- ,A+ :‬ובדיקת התגובה ל‪)X-( -‬‬
‫רואים תגובה שונה (איכותית) של תאי דופמין ל‪ CS-‬אקסיטטורי ואינהיביטורי‪.‬‬
‫שניהם מעוררים קשב‪ ,‬אך רק לאקסיטטורי יש תגובה דופמינרגית חיובית‬
‫גדולה‪.‬‬
‫מעיד על קידוד שונה של טעות ניבוי ושל ארוע קשבי‬
‫הרחבה של ההקבלה בין תאוריות למידה לבין פעילות של תאים דופמינרגים‬
‫לניבוי של אי‪-‬חיזוק‬
‫‪The Amygdala and Fear Conditioning‬‬
‫• אמיגדלה – מצויה באונה הטמפורלית‪ ,‬תת‪-‬קורטיקלית (עתיקה)‪ ,‬מעורבות‬
‫ברגשות‪ ,social behavior ,‬והתנהגות מינית‪.‬‬
‫• התניה עם חיזוק אברסיבי – מחקרים מראים שהאמיגדלה נחוצה בכדי ליצור‬
‫"פחד מותנה" (‪ - BLA‬נחוצה לאחסון ארוך טווח של האסוציאציה) (‪)CER‬‬
‫• ‪“Attaching fear to previously neutral stimulus and‬‬
‫”‪remembering it is what the amygdala does‬‬
‫• זו הדעה הרווחת אבל‪ - Cahill et al. 1999 ...‬עדויות נגד‪:‬‬
‫ ‪ Lesions‬של האמיגדלה פוגעים גם ב‪ ,UR-‬כך שלא ברור אם התפקיד של‬‫האמיגדלה ספציפי –‪conditioned fear‬‬
‫ עדויות חדשות לכך ששינויים אלקטרופיסיולוגים באמיגדלה‪ ,‬הקשורים להתניה‬‫קלאסית אודיטורית‪ ,‬נובעים משינויים באזורי הקלט האודיטורים (‪)afferents‬‬
‫ולא משינויים בתוך האמיגדלה‪.‬‬
‫ עדויות מבני אדם – ניתן ליצור ‪ CER‬לא מודעים (למשל‪galvanic skin ,‬‬‫‪ )response‬ללא אמיגדלה‬
‫• בקיצור – יכול להיות שהאמיגדלה מתווכת גם את ה‪ UR-‬וגם את ה‪ ,CR-‬אבל‬
‫זה עוד טעון הוכחה משכנעת‪.‬‬
‫‪Delay and Trace Fear Conditioning‬‬
‫‪in Humans – Knight et al. 2004‬‬
‫• האם יש הבדל בין אזורי המח המעורבים ב‪ Trace-‬לעומת‬
‫‪?Delay conditioning‬‬
‫• ישנם אזורים המעורבים בשניהם – היפוקמפוס‪ ,‬אמיגדלה‪,‬‬
‫קורטקס סנסורי‪ ,‬תלמוס‪ .‬האם יש אזורים ספציפים ל‪?trace-‬‬
‫• החשוד – היפוקמפוס‪:‬‬
‫ אולי מקודד מידע טמפורלי (אורך גירויים ויחסים טמפורלים ביניהם) ‪-‬‬‫פגיעה בו פוגעת בתזמון של ה‪( CR-‬אך לא מעלימה אותו)‬
‫ אולי חשוב ל‪ ,awareness-‬שחשוב ב‪ .trace-‬קורלציה בין זכרון‬‫דקלרטיבי ולמידת ‪ ,trace‬אך ללמידת ‪ delay‬לא נחוצה מודעות ליחסים‬
‫בי הגירויים‪.‬‬
‫ניסוי התניה קלאסית בבני אדם –‬
‫ חיזוק – שוק לעצב הטיביה‬‫ ‪ 4‬בלוקים (‪ 15‬גירויים בכל אחד) – ‪CS10 ,CS- ,CS+‬‬‫ מודדים ‪( skin conductance response‬נחשב מדד אמין לכח‬‫האסוציאציה ‪ ,)CS-US‬מד הערכת ציפייה לשוק‪ ,‬שאלון הערכת עוצמת‬
‫השוק‪ ,‬וכמובן ‪fMRI -‬‬
‫תוצאות ‪:fMRI‬‬
‫• אזורים רבים מראים ‪learning related changes‬‬
‫• קורטקס ויזואלי (גם שם שינוי לאורך האימון – ייצוג‬
‫יתר ל‪ CS-‬מנבאים חיזוק)‬
‫• אזורים עם פעילות ‪ – CS10>CS+=trace‬ציפייה?‬
‫• אזורים המעורבים רק ב‪working memory – trace-‬‬
‫(אך גם מטלה קשה יותר בתנאי זה בגלל דחייה גדולה‬
‫יותר בחיזוק)‬
‫• אזורים שפעילותם יורדת בזמן גירויים מנבאים‬
‫(הפרעה של המטלה לפעילות מנוחה)‬
‫• היפוקמפוס – "‪ ?"bridges the temporal gap‬לא‬
‫כאן (תפקיד לזמן קצר? השואה עם מטלה לא‬
‫מודעת?)‬
‫• לא רואים שינויים באמיגדלה על אף הקשר הידוע‬
‫לפחד מותנה‪...‬‬
‫ההיפוקמפוס והתניה אופרנטית‬
‫‪Corbit+Balleine 2000‬‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫היפוקמפוס ‪ -‬מצוי באונה הטמפורלית‪ ,‬תת‪-‬קורטיקלי (עתיק)‪ .‬דברנו עליו בעבר‬
‫בהקשר של למידה מרחבית‪ ,‬זכרון דקלרטיבי‪ ,‬והיום – תזמון‪.‬‬
‫אם התניה אופרנטית מתווכת ע"י זכרון דקלרטיבי של קשרי ‪ ,R-O‬פגיעה בו תפגע‬
‫בלמידה אופרנטית (סופסוף בודקים את ‪.)Dickinson‬‬
‫ההיפותזה‪ :‬חולדות פגועות היפוקמפוס ייאלצו להשתמש רק ב‪ S-R-‬ולכן לא יהיו‬
‫מושפעים מ‪.postconditioning outcome devaluation-‬‬
‫ניסוי ‪specific satiety – 1‬‬
‫ שתי דוושות‪ ,‬שתי תוצאות‪ ,‬מבחן בחירה בתנאי הכחדה ‪choice extinction test‬‬‫ אין הבדל בין חולדות פגועות לקבוצת ביקורת ברכישה או בביצוע בסוף האימון (‪)VR‬‬‫‪ -‬אין הבדל מובהק ב‪test-‬‬
‫ההיפוקמפוס והתניה אופרנטית‬
‫‪Corbit+Balleine 2000‬‬
‫• אז אולי ההיפוקמפוס מעורב בזיהוי יחס סיבתי בין פעולה‬
‫לתוצאה?‬
‫• ניסוי ‪contingency degradation – 2‬‬
‫ נראה שחיות פגועות פחות רגישות ל‪( degradation-‬אם כי לא מובהק)‬‫ ב‪ test-‬חולדות פגועות מבצעות את שתי הפעולות באותה תדירות‬‫‪ -‬שימו לב – האפקט הוא דרך ה‪ nondegraded-‬בקבוצת הבקרה‪...‬‬
‫• מסקנות‪:‬‬
‫‬‫‬‫‬‫‪-‬‬
‫‪-‬‬
‫ההיפוקמפוס והתניה אופרנטית‬
‫‪Corbit+Balleine 2000‬‬
‫חיות ללא היפוקמפוס רגישות לשינוי ערך התוצאה (מבחינות גם בשינוי על‬
‫סמך תכונת טעם אחת)‪ ,‬ויכולות לעשות אינטגרציה של הערך החדש לתוך‬
‫קשרי ‪ R-O‬שנלמדו בעבר‬
‫פגיעה היפוקמפלית גורמת לחיות לאבד רגישות לתוצאות הסיבתיות של‬
‫פעולותיהם‬
‫תפקיד ספציפי יחסית להיפוקמפוס בהתניה אופרנטית – זיהוי הקשר‬
‫הסיבתי בין פעולה לתוצאה‪.‬‬
‫אולי הפגיעה היא ביכולת לקשור את ה‪ context-‬לחיזוק (לא רגישים‬
‫להסתברות לקבל חיזוקים בהנתן ההקשר בלבד ולכן לא יכולים להשוות‬
‫זאת להסתברות בהנתן התגובה) – פגיעה ביכולת לחשב ‪predictive‬‬
‫‪( validity‬תוקף יחסי)‪ .‬הסביבה צריכה היתה להצליל את התגובה ולמנוע‬
‫ממנה להכנס לאסוציאצית ‪.R-O‬‬
‫בהעדר יכולת כנ"ל – אולי החיות מיחסות את כל החיזוקים לפעולותיהם‬
‫(אך אז‪ ...‬למה מגיבות פחות ולא יותר?)‬
‫הסטריאטום ולמידת הרגלים –‬
‫‪Knowlton, Mangels and Squire 1996‬‬
‫• מטלת חיזוי מזג אויר לפי קומבינצית גירויים – לא מתווכת זכרון‬
‫אלא "פרוצדורלית" (‪ +‬שאלון דקלרטיבי על הגירויים בסוף הניסוי)‬
‫• משווים בין חולי אמנזיה (אזורים לימבים והיפוקמפוס) וחולי‬
‫פרקינסון (סטריאטום ו‪)basal ganglia-‬‬
‫ חולי אמנזיה לומדים את המטלה (זכרון פרוצדורלי)‪ ,‬אך לא זוכרים טוב את‬‫סיטואצית הלימוד (זכרון דקלרטיבי)‬
‫‪ -‬חולי פרקינסון זוכרים את סיטואצית הלימוד אך פגועים בלמידת המטלה‬
‫• ‪ Double dissociation‬המצביע‬
‫על שתי מערכות למידה נפרדות‬
‫הפועלות במקביל‬