परीक्षण और त्रुटि सीखने के माध्यम से मास्टर ऑफ न्यूरोसाइंस

Cerebellum ठीक-ट्यून समन्वय मोटर आंदोलनों के पुर्किनजे कोशिकाओं।

18 99 में सैंटियागो रामन वाई काजल द्वारा कबूतर सेरिबैलम से पुर्किनजे कोशिकाओं (ए) और ग्रेन्युल कोशिकाओं (बी) का चित्रण; इंस्टिट्यूट कैजल, मैड्रिड, स्पेन।

स्रोत: विकिपीडिया / सार्वजनिक डोमेन

जॉन्स हॉपकिंस विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं की एक टीम ने रोमांचक नए विवरणों का पता लगाया है कि कैसे सेरिबेलर पुर्किनजे कोशिकाएं परीक्षण-और-त्रुटि सीखने की प्रक्रिया के माध्यम से जटिल आंदोलनों को मास्टर करती हैं जिसमें अभ्यास के दौरान होने वाली प्रत्येक त्रुटि सेरेबेलम ठीक-ठीक मोटर समन्वय में सुधार करने में मदद करता है। इस पेपर, “एन्कोडिंग ऑफ एरर एंड लर्निंग टू द क्रुर्बेलम के पुर्किनजे सेल द्वारा उस त्रुटि को सुधारने के लिए,” 16 अप्रैल को नेचर न्यूरोसाइंस पत्रिका में प्रकाशित किया गया था।

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इस अध्ययन का सबसे महत्वपूर्ण पहलू यह है कि जॉन्स हॉपकिन्स यूनिवर्सिटी स्कूल ऑफ मेडिसिन में बायोमेडिकल इंजीनियरिंग और न्यूरोसाइंस के प्रोफेसर वरिष्ठ लेखक रेजा शद्महर और सहयोगियों ने स्पष्ट किया है कि पुर्किनजे कोशिकाएं कैसे काम करती हैं। यह शोध 20 वीं शताब्दी से ऐतिहासिक पत्रों का समर्थन करने के लिए ताजा अंतर्दृष्टि और अनुभवजन्य सबूत जोड़ता है, जो इस बारे में अनुमान लगाते हैं कि रहस्यमय पुर्किनजे कोशिकाएं वास्तव में “न्यूरोनल मशीन के रूप में सेरेबेलम” (जॉन एक्कल्स एट अल।, 1 9 67), “ए सेरेबेलर कॉर्टेक्स की सिद्धांत “(डेविड मारर, 1 9 6 9), और” ए थ्योरी ऑफ़ सेरेबेलर फ़ंक्शन “(जेम्स एस अल्बस, 1 9 71)।

लाल रंग में सेरेबेलम (“थोड़ा मस्तिष्क” के लिए लैटिन)। “सेरेबेलर” का अर्थ है ‘सेरेबेलम से संबंधित या स्थित है।’

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स्रोत: लाइफ साइंसेज डेटाबेस / विकिपीडिया कॉमन्स

3 मई, 2018 जॉन्स हॉपकिंस मेडिसिन में “अत्याधुनिक पुर्किनजे सेल शोध” के बारे में प्रेस विज्ञप्ति, “मस्तिष्क की लर्निंग मशीन डीकोडिंग”, स्तनधारी मस्तिष्क के भीतर सेरेबेलम को “सीखने की मशीन” के रूप में वर्णित करती है। बंदरों पर उनके सबसे हालिया अध्ययन से पता चलता है कि पुर्किनजे कोशिकाएं भविष्यवाणियां बनाती हैं और सीखती हैं कि जटिल गलतियों को लगातार सुधारने के लिए जटिल कार्यों को कैसे मास्टर किया जाए। अभ्यास के साथ, त्रुटियों में कमी और परिशुद्धता बढ़ जाती है। समय के साथ, इसके परिणामस्वरूप मैं ” अतिप्रवाहता ” कहता हूं।

स्रोत: विकिपीडिया / क्रिएटिव कॉमन्स

पुर्किनजे-आधारित सेरिबेलर निपुणता के एथलेटिक उदाहरण के रूप में, बयान में कहा गया है: “बास्केटबाल शूट करने के लिए सीखते समय, आम तौर पर लोग उछाल के माध्यम से एक शॉट प्राप्त करने से पहले कई बार याद करते हैं। जैसे ही हाथ चलता है, सेरिबैलम कार्रवाई के परिणामों के बारे में भविष्यवाणियां करता है। जब भविष्यवाणी वास्तविकता से मेल नहीं खाती है – यानी, गेंद उछाल को याद करती है – सेरेबेलम को आंखों से प्रतिक्रिया प्राप्त होती है और हाथ से सीखने के लिए हाथ, लक्ष्य, बल और टोकरी बनाने के लिए रिलीज जैसे ठीक-ट्यूनिंग कारक प्राप्त होते हैं। त्रुटि से यह परीक्षण-टू-ट्रायल सीखने प्रदर्शन में क्रमिक सुधार पैदा करता है “परीक्षण और त्रुटि की एक ही प्रक्रिया सेरिबेलर सीखने हर खेल में होती है और यह समझाने में मदद करती है कि अभ्यास सही क्यों होता है। विशेष रूप से, “गेंद के लिए आंख” होने से सीधे सेरिबैलम और हमारे वेस्टिबुलो-ओकुलर रिफ्लेक्स (वीओआर) से जुड़ा हुआ है।

पुर्किनजे सेल मास्टर ट्रायल-एंड-एरर लर्निंग “सरल” और “कॉम्प्लेक्स” स्पाइक्स के माध्यम से

जॉन्स हॉपकिन्स के नवीनतम शोध के अनुसार, पुर्किनजे कोशिकाएं “सरल स्पाइक्स” और “जटिल स्पाइक्स” नामक दो प्रकार के विद्युत संकेतों के माध्यम से संवाद करती हैं। सरल स्पाइक्स भविष्यवाणियों को प्रतिबिंबित करते हैं कि पुर्किनजे कोशिकाएं इष्टतम आंदोलनों के बारे में बता रही हैं। कॉम्प्लेक्स स्पाइक्स पुर्किनजे कोशिकाओं के क्लस्टर को वापस भेजी गई जानकारी को प्रतिबिंबित करने के लिए प्रतिबिंबित करती है ताकि भविष्यवाणी में कोई त्रुटि हो या यदि आंदोलन का समय और गति सटीक हो। प्रत्येक अद्वितीय मोटर कौशल के लिए, विशेष पुर्किनजे कोशिकाओं को सभी एक ही त्रुटि संदेश प्राप्त करते हैं और एक विशिष्ट गलती के आधार पर उपयुक्त मोटर सुधार करते समय संगीत कार्यक्रम में काम करते हैं।

शदमेहर ने एक बयान में कहा, “आप साधारण स्पाइक्स को ‘छात्र’ के रूप में सोच सकते हैं जो भविष्यवाणी और जटिल स्पाइक को ‘शिक्षक’ के रूप में प्रतिक्रिया देता है जो प्रतिक्रिया प्रदान करता है।”

शदमेहर के मुताबिक, “सेरेबेलम के आर्किटेक्चर के फायदों में से एक यह है कि यह यादों की रक्षा करता है।” एक बार मांसपेशियों की स्मृति को ऐसा करने की आवश्यकता होती है जो प्राथमिक रूप से सेरिबेलर (साइकिल की सवारी करने की तरह) हो जाती है और आपके पुर्किनजे कोशिकाओं में जाली होती है, सरल और इस मोटर कौशल को समन्वयित करने से जुड़े जटिल स्पाइक्स कठोर हो जाते हैं।

टच-टाइपिंग पुर्किनजे-आधारित सेरेबेलर लर्निंग पर निर्भर करती है

कुंजीपटल को देखे बिना “टच-टाइपिंग” के कौशल को मास्ट करना पुर्किनजे-सेल आधारित परीक्षण-और-त्रुटि सीखने का एक आदर्श दैनिक उदाहरण है। अगली बार जब आप कीबोर्ड पर हों, तो क्रमशः “एफ” और “जे” कुंजी पर पाए गए छोटे छोरों पर अपनी बाएं और दाएं इंडेक्स उंगलियों की युक्तियां रखें। इस ‘होम पोजीशन’ में अपने हाथ डालने से आपके सेरिबैलम को स्वचालित रूप से पता चल जाता है कि आपकी सभी उंगलियां विशिष्ट कुंजी के संबंध में कहां स्थित हैं। यह cerebellar proprioception के माध्यम से पूर्वानुमानता बनाता है।

क्या आप कुंजी को देखे बिना ” आलसी भूरे रंग के कुत्ते पर त्वरित लाल लोमड़ी कूदते हैं ” टाइप कर सकते हैं? यदि हां, तो आप इन 10 शब्दों को एक मिनट में कितनी बार टाइप कर सकते हैं? इस वाक्य में वर्णमाला के सभी अक्षरों हैं और किसी की स्पर्श-टाइपिंग क्षमता का परीक्षण करने के लिए एक स्वर्ण मानक है। अभ्यास के साथ, आपकी उंगलियां पूरी तरह से सीखेंगी कि सभी चाबियाँ कहाँ स्थित हैं और आप 40 शब्द प्रति मिनट (डब्ल्यूपीएम) के ऊपर टाइपिंग मास्टर कर सकते हैं, जिसे “औसत” गति माना जाता है।

परीक्षण और त्रुटि सीखने पर जॉन्स हॉपकिन्स के नवीनतम शोध के आधार पर, कोई अनुमान लगा सकता है कि ” आलसी भूरे रंग के कुत्ते पर त्वरित लाल लोमड़ी कूदता है ” टाइप करते समय त्रुटियों को सही करने का अभ्यास करते हैं, जो पुर्किनजे कोशिकाओं के क्लस्टर को ठीक-ठीक किया जा रहा है सरल और जटिल स्पाइक्स के माध्यम से इस कौशल को मास्टर करने के लिए।

दिलचस्प बात यह है कि, एक बार आपके सेरिबैलम की अनुमानित क्षमता यह अनुमान लगाने के लिए कि उचित अक्षरों को बिना देखे स्थित कहां स्थित है, ज्यादातर स्पर्श-टाइपिस्ट अंततः अपने सेरेब्रल ज्ञान और घोषणा करने में सक्षम होने की घोषणात्मक स्मृति खो देते हैं जहां प्रत्येक अक्षर QWERTY कीबोर्ड पर स्थित होता है। अनजाने में, मैं इस घटना की पुष्टि कर सकता हूं। उच्च विद्यालय के बाद से टच-टाइपिंग करने वाले किसी व्यक्ति के रूप में, ब्रेल-जैसी छत के साथ दो कुंजियों का वर्णन करने के लिए, मुझे यह सत्यापित करने के लिए कीबोर्ड पर देखना पड़ा कि “एफ” और “जे” हैं जहां मैं सहजता से सुझाव देता हूं हर बार जब मैं टाइप करना शुरू करता हूं तो मेरी इंडेक्स उंगलियों का।

अगर किसी ने आपको पूछा कि बाएं हाथ के लिए घर की चाबियाँ (ए, एस, डी, और एफ और दाईं ओर जे, के, एल, और अर्धविराम) क्यूडब्लूटीटीई कीबोर्ड पर स्थित हैं, तो क्या आप जवाब जान लेंगे? (कुछ मामूली बात: इस मानकीकृत कीबोर्ड लेआउट का नाम शीर्ष, ऊपरी बाएं पंक्ति पर छः अक्षरों के अनुक्रम से आता है।)

नीचे वेंडरबिल्ट विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं द्वारा 2 मिनट का वीडियो दिखाया गया है जो दिखाता है कि हम बिना किसी स्पष्ट ज्ञान के स्वचालित रूप से टाइप करना सीख सकते हैं कि विशिष्ट अक्षर कुंजी कहां स्थित हैं:

सेरेबेलम की संरचना या कार्यात्मक कनेक्टिविटी के नुकसान से मोटर आंदोलनों को व्यवस्थित करने और निष्पादित करने की क्षमता की गहराई से प्रभाव पड़ सकता है। सेरिबैलम को प्रभावित करने वाले रोग आमतौर पर एटैक्सिया और डिसमेट्रिया के विभिन्न रूपों में होते हैं। पुर्किनजे कोशिकाओं पर नवीनतम जॉन्स हॉपकिंस शोध के संभावित अनुप्रयोगों में से एक और परीक्षण-और-त्रुटि सीखने की सेरिबेलर प्रक्रिया सेरिबेलर असामान्यताओं का निदान करने के लिए अधिक परिष्कृत तरीकों का विकास हो सकता है।

एक और पेपर, “लोकोमोटर गतिविधि माउस सेरेबेलम में एसोसिएटिव लर्निंग को संशोधित करता है,” 16 अप्रैल को नेचर न्यूरोसाइंस में भी प्रकाशित किया गया था । ये पढाई   पाया कि चूहों जो ट्रेडमिल पर तेजी से दौड़ते हैं, उनके धीमे चलने वाले समकक्षों की अपेक्षा अधिक तेज़ी से मेमोरी कार्यों को सीखते हैं। अधिक देखने के लिए, “क्यों सेरेबेलम में तेजी से सीखना तेजी से चल रहा है?”

संदर्भ

डेविड जे। हेर्ज़फेल्ड, योशिको कोजिमा, रोबिजांटो सोतेजेजो, और रेजा शादमेहर। “त्रुटि का एन्कोडिंग और सेरेबेलम के पुर्किनजे कोशिकाओं द्वारा उस त्रुटि को सही करने के लिए सीखना।” प्रकृति न्यूरोसाइंस (प्रकाशित ऑनलाइन: 16 अप्रैल, 2018) डीओआई: 10.1038 / एस 415 9 3-018-0136-वाई

डेविड जे।, हर्ज़फेल्ड, योशिको कोजिमा, रोबिजांटो सोतेजेजो, और रेजा शादमेहर। “सेरिबैलम के पुर्किनजे कोशिकाओं द्वारा कार्रवाई की एन्कोडिंग।” प्रकृति (2015) डीओआई: 10.1038 / प्रकृति 15693

जॉन एक्कल्स, जेनोस सजेन्टागोथाई, और मसाओ इतो। “एक न्यूरोनल मशीन के रूप में सेरेबेलम।” न्यूयॉर्क: स्प्रिंगर वेरलाग; (1967)

डेविड मारर “ए थ्योरी ऑफ़ सेरेबेलर कॉर्टेक्स” द जर्नल ऑफ़ फिजियोलॉजी (1 9 6 9) डीओआई: 10.1113 / जेफिसियोल .1 9 6 9। एसपी 008820

जेम्स एस अल्बस। “ए थ्योरी ऑफ़ सेरेबेलर फंक्शन।” मैथमैटिकल बायोसाइंसेस (1 9 71) डीओआई: 10.1016 / 0025-5564 (71) 90051-4

Piergiorgio स्ट्रेटा। “डेविड मैर की थ्योरी ऑफ़ सेरेबेलर लर्निंग: 40 साल बाद” द जर्नल ऑफ फिजियोलॉजी (200 9) डीओआई: 10.1113 / jphysiol.2009.180307

कैटरीना अल्बरगारिया, एन। तातियाना सिल्वा, डोमिनिक एल। प्रिचेचेट, और मेगन आर केरी। “लोकोमोटर गतिविधि माउस सेरिबैलम में सहयोगी शिक्षा को संशोधित करती है।” प्रकृति न्यूरोसाइंस (प्रकाशित ऑनलाइन: 16 अप्रैल, 2018) डीओआई: 10.1038 / एस 415 9 3-018-0129-एक्स