Новая теория обучения объединяет когнитивную психологию и системную биологию

Исследователь из Harvard Medical School Джереми Гунавардена представил новую перспективу на обучение, объединяющую идеи из когнитивной психологии с биологическими наблюдениями. Его статья в Proceedings of the IEEE описывает аспекты обучения, которые могут отличать биологические организмы от компьютеров и машин.

Интерес к теме возник после предыдущего исследования, в котором Гунавардена и его коллеги показали, что одноклеточный организм Stentor roeseli демонстрирует сложную иерархию защитного поведения при раздражении. Это подтвердило более ранние наблюдения биолога Герберта Спенсера Дженнингса (около 1900 г.) и указало, что отдельная клетка способна на более сложное обучающее поведение, чем считалось ранее.

Это вдохновило на сотрудничество с Сэмом Гершманом из Гарварда, специалистом по механизмам обучения. Результатом стала обзорная статья, цель которой — предложить информационно-теоретическое определение обучения, не ограниченное только животными, и представить доказательства существования и значимости обучения вне нервной системы.

Ключевые положения новой теории:

• Обучение — это широкий и универсальный процесс, присущий всем живым системам, включая различные виды животных и, потенциально, растения.
• Клетки способны к обучению: формированию внутренних моделей внешней среды и использованию этих моделей для управления поведением. Это придаёт им форму «агентности», которой лишены большинство машин.
• Понимание этих «внутренних моделей» может быть полезно, например, в терапевтических целях в области иммунотерапии.

Экспериментальное подтверждение этой теории может предложить новый взгляд на то, как множество организмов учатся и выживают. Ряд исследований уже указывает на способность растений или определённых клеток (например, T-клеток иммунной системы) «обучаться» на основе получаемых стимулов.

Текущие и будущие исследования:

Совместная работа с Сэмом Гершманом сейчас сосредоточена на экспериментальной проверке этой перспективы. Учёные изучают одну из простейших форм обучения — привыкание (habituation), которая наблюдается необычайно широко: от животных до отдельных клеток.

«Однако у нас до сих пор нет теории, объясняющей эту универсальность, так же как и убедительных объяснений того, как привыкание работает на молекулярном уровне, — отмечает Гунавардена. — Это именно то, что мы пытаемся сделать сейчас».