Миші навчилися приблизно у десять разів швидше, коли винагороду за правильно виконане завдання їм видавали не багатьма малими порціями, а кількома великими. Такий ефект спостерігали у завданнях на орієнтування в новому середовищі, формування моторних навичок та прийняття рішень. Учені припустили, що через використання маленьких порцій винагороди у лабораторних дослідженнях здатність мишей до навчання систематично недооцінювали. Дослідження опублікували в журналі Science.
Чому розмір винагороди має значення?
У більшості експериментів з навчанням тварин винагороду — воду або їжу, видають дуже маленькими порціями. Це роблять для того, щоб за одну сесію виконати якнайбільше повторів, перш ніж тварина наїсться або нап’ється досхочу, і отримати більше даних для аналізу. Традиційно припускають, що швидкість навчання залежить саме від кількості повторень та підкріплень, а не від розміру винагороди або її цінності.
Однак, дослідження активації дофамінової системи, яка пов’язана із очікуванням винагороди та задоволенням, вказували на те, що розмір підкріплення усе ж може мати значення. Вивченням цього зайнялася група дослідників з Медичного інституту Говарда Г’юза у США.
Як перевіряли вплив розміру винагороди на ефективність навчання тварин?
Щоб перевірити, як обсяг винагороди впливає на ефективність навчання, вчені провели серію експериментів на мишах. Спершу вони виміряли реакцію дофамінової системи мишей на краплі води різного розміру — виявилося, що більші порції викликають сильніший та триваліший сплеск дофаміну, тому що він утворюється весь час, поки тварина п’є. Надалі вони перевірили, як розмір винагороди впливає на швидкість вивчення нового, використавши три завдання. У першому мишам потрібно було зорієнтуватися у незнайомому приміщенні та знайти приховану зону, щоб отримати воду, у другому — навчитися натискати на важіль, у третьому — навчитися маніпулювати колесом так, щоб розташувати рухому мітку рівно посередині екрана. Виявилося, що миші, яким давали велику винагороду, потребували на порядок менше повторень для запам’ятовування дій, ніж ті, які отримували маленькі порції підкріплення. У деяких випадках тваринам вистачало кількох повторень там, де зазвичай потрібні сотні або тисячі.
Дослідники виділили три складники цього ефекту. По-перше, великі винагороди збільшували швидкість запам’ятовування в межах однієї сесії. По-друге, тварини менше забували вивчене і краще згадували досвід на наступний день. По-третє, миші довше зберігали зацікавленість у навчанні. Коли тварин заохочують маленькими порціями, вони зазвичай втрачають інтерес до задачі ще до завершення сесії, тоді як під час використання великої винагороди такого відсторонення майже не спостерігали.
Далі дослідники перевірили, чи можна отримати подібний ефект за допомогою штучної активації нейронів, що виділяють дофамін. Виявилося, що короткотривала стимуляція дофамінових нейронів під час споживання маленької винагороди поліпшила навчання на початкових етапах, але не запобігла подальшій втраті зацікавленості у завданні. Натомість триваліша стимуляція, яка імітувала ефект від великої винагороди, підвищувала ефективність навчання у межах однієї сесії та сприяла збереженню залученості мишей у виконання завдання. Проте штучна активація не змогла покращити згадування досвіду на наступний день, що може вказувати на те, що вироблення дофаміну — не єдиний механізм впливу великих винагород на навчання.
Однак, виявилося, що збільшення винагороди усе ж працює не завжди. У завданні, де миші повинні були навчитися розрізняти три різні звуки, застосування великих порцій посилювало дофамінову відповідь на сигнал, але не пришвидшило навчання або навіть сприяло зростанню кількості помилок. Автори припустили, що в задачах на розрізнення стимулів надмірний ентузіазм до виконання завдання може заважати гальмуванню реакції на менш цінні або нейтральні сигнали.
Як це дослідження змінює уявлення про навчання тварин?
Схоже, що застосування стандартних лабораторних протоколів із невеликою винагородою могло призводити до заниження оцінки швидкості навчання лабораторних тварин. Це спостереження має значення не лише в контексті планування наукових експериментів, але може вплинути й на загальне розуміння чинників мотивації до навчання. Хоча автори застерігають від прямого перенесення результатів дослідження на людей, не виключено, що повільний прогрес деяких учнів може бути зумовлений не зниженою здатністю до навчання, а недостатньою цінністю винагороди, яку вони очікують.
Що впливає на навчання інших тварин
⏳ Зменшення кількості повторень завдання та збільшення часового проміжку між ними покращило навчання мишей, а перерви в навчанні позитивно вплинули й на память морських зайців.
🦝 До розв'язування головоломок ракунів спонукало не лише бажання отримати винагороду, а і звичайна цікавість.
🎹 А вдалий підбір системи винагородження дозволив шведському блогеру навчити восьминога грати на піаніно.
🧠 Нещодавно науковці також з'ясували, що для навчання навіть не обов'язково мати мозок. Вистачить і однієї клітини.