Hogyan lehetséges, hogy egy séf ugyanolyan jól bánik a húsvágó bárddal, mint az apró hámozó késsel, és ugyanúgy képes egy pöttöm kis szőlőszemet meghámozni, mint akár egy egész marhát felaprítani? De még azok is közülünk, akik a konyhában nem vagyunk ennyire professzionálisak, elképesztő mennyiségű eszközt és tárgyat használunk magabiztosan a mindennapjainkban, a cipőfűzőnktől a mobiltelefonunk érintőképernyőjéig, és tovább. Talán észre sem vesszük, hogy folyamatosan új készségeket sajátítunk el anélkül, hogy a régebbieket elfelejtenénk, vagy rosszabbá válnánk bennük. Ugyanakkor, ez a látszólag magától értetődő képesség még napjaink legfejlettebb mesterséges intelligencia-rendszereinek is nagy kihívást jelent.

Amerikai, brit, és magyar agykutatók az emlékezet és tanulás olyan új matematikai modelljét dolgozták ki, amely magyarázatot ad arra, minderre hogyan képes az emberi agy. Az úgynevezett Kontextuális Következtetés (Contextual Inference, COIN) modell szerint az agy elsősorban a mindenkori aktuális kontextust azonosítja  ahhoz, hogy aztán a legjobban tudja a mozdulatainkat irányítani.

A modell egy olyan agyi mechanizmust ír le, ami folyamatosan a testünk és környezetünk aktuális kontextusát próbálja kikövetkeztetni. Az elmélet szerint ezek a kontextusról alkotott következtetéseink határozzák meg, hogy egy adott pillanatban mennyire támaszkodunk korábbi emlékeinkre – vagy éppen mennyire hozunk létre újakat.

A modellről szóló tanulmány “A szenzomotoros viselkedés-készletek tanulását a kontextuális következtetés határozza meg” ( “Contextual inference underlies the learning of sensorimotor repertoires”) címmel jelent meg a Nature folyóirat november 24-i számában. A tanulmány társzerzője Lengyel Máté, a CEU Kognitív Tudományi Tanszékének és Kognitív Komputáció Központjának tudományos főmunkatársa, valamint a Cambridge-i Egyetem professzora. A kutatást többek között egy olyan projekt tette lehetővé, ami az Európai Kutatási Tanács (European Research Council) támogatásával működik a CEU-n.

“Ez a kutatás alapvető dologra világított rá azzal kapcsolatban, hogy hogyan tanulunk, hogyan működik az emlékezetünk” — mondja Lengyel Máté. “A korábbi elképzelések úgy szóltak, hogy egy adott készségben fejlődést elérni (azaz úgynevezett tanulási görbét produkálni) csak új emlékek létrehozásával, esetleg meglévő emlékek módosításával lehetséges. Mi azonban megmutattuk, hogy sokszor egy teljesen másik mechanizmus is lehet ennek a hátterében: egyszerűen az változik meg, mennyire támaszkodunk egy már valójában régen meglévő emlékünkre vagy tudásunkra, amit az agyunk már korábban elraktározott az életünk során.”

A COIN modell szerint agyunk egy egész készletnyi emléket tárol különböző motoros (azaz mozgásos) tevékenységekről, és minden emléket összekapcsol azzal a kontextussal, amiben az adott emlék létrejött — például hogy teniszeztünk vagy tollasoztunk-e akkor éppen. Később aztán az agyunk minden egyes teniszütés irányításához rengeteg emléket idéz fel, mindegyiket épp annyira, amennyire a jelenlegi kontextusunkat hasonlónak ítéli meg ahhoz, amiben az eredeti emléket eltároltuk. Ez alapvetően különbözik attól a hagyományos elképzeléstől, amely szerint egyszerre mindig csak egy emléket vagyunk képesek felidézni. Az ütés után, annak érdekében, hogy a következő teniszütésünk még tökéletesebb legyen, az agyunk frissíti is az emlékeinket — megint csak mindegyiket annak függvényében, hogy mit hisz éppen az aktuális kontextusról. Ha pedig úgy tűnik, hogy egy teljesen új kontextusban vagyunk (például sok év teniszezés után ez az első alkalom, hogy kipróbáltuk a tollaslabdát), akkor automatikusan új emléket hoz létre erről a helyzetről. Ezzel pedig tulajdonképpen azt biztosítja, hogy korábbi emlékeink, mint például a teniszezés, ne íródjanak felül ezáltal az új élmény által.

“Képzelje el például, hogy éppen egy másik teniszütővel játszik, mint általában szokott, vagy a teniszt most tollaslabdára váltja fel” — magyarázza Daniel Wolpert, a tanulmány társszerzője, a Columbia Egyetem vezető kutatója és professzora. “Az elméletünk arra ad magyarázatot, hogyan alkalmazkodik az agyunk ezekhez a helyzetekhez, hogyan dönti el, hogy új kontextusként, vagy egy már ismerős, csak éppen kicsit megváltozott kontextusként kezelje-e őket.”

Ez a kutatás akár abban is segíthet bennünket, hogy hatékonyabb fizioterápiás módszereket dolgozzunk ki, amiknek a segítségével egy komolyabb sérülés után hamarabb tudjuk használni a testünket. Gyakori, hogy a kezelés során a fizioterapeuta rendelőjében megtapasztalt javuló tendenciák a kinti világba kilépve egyszer csak eltűnnek. “Ha sikerül jobban megértenünk hogyan befolyásolja a kontextus a motoros tanulást, akkor arra is rájöhetünk, hogyan ösztönözzük az agyat arra, hogy a fizioterápia során a rendelőben elsajátított mozgásokat majd a külvilágban is tudja alkalmazni” — mondja James Heald, a Wolpert labor posztdoktori kutatója, a tanulmány első szerzője. “Azoknak az elemi mechanizmusoknak a megértésével, amik a kontextusfüggő emlékezet és tanulás alapjait jelentik, a terápiás alkalmazásban is jelentős fejlődést érhetünk el.”

“Ami számomra különösen izgalmas, hogy a COIN modell alapelvei talán nem csak a motoros tanulásra alkalmazhatóak, hanem rengeteg másfajta tanulási mechanizmusra is” — teszi hozzá Lengyel. “Például magyarázatot adhatnak arra az általános jelenségre, amikor azáltal, hogy új környezetbe kerülünk, hirtelen visszatér egy korábban elfeledettnek hitt emlék — ez pedig nem csak a motoros tanulás esetén figyelhető meg, hanem például az úgynevezett poszttraumás stressz zavar esetében is.”