Change-point oddball elicits pupil-linked signatures of Bayesian belief updating
यह अध्ययन एक "चेंज-पॉइंट ऑडबॉल" प्रोटोकॉल प्रस्तुत करता है जो अप्रत्याशित पर्यावरणीय परिवर्तनों के प्रति बेयसियन विश्वास अद्यतनीकरण (बेयसियन बिलीफ अपडेटिंग) के पुतली-लिंक्ड उत्तेजना हस्ताक्षरों को प्रदर्शित करता है, जो विभिन्न प्रजातियों और नैदानिक आबादी में अनुकूलनशील शिक्षण की जांच करने के लिए एक निष्क्रिय, नो-रिपोर्ट विधि स्थापित करता है।
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मानव मस्तिष्क एक पूर्वानुमान लगाने वाली मशीन है। यह जो कुछ भी पहले देख और सुन चुका है, उसके आधार पर दुनिया का एक मॉडल लगातार बनाता रहता है और उस मॉडल का उपयोग यह अनुमान लगाने के लिए करता है कि आगे क्या होने वाला है। जब वास्तविकता अनुमान से मेल खाती है, तो मस्तिष्क शांत रहता है। लेकिन जब कुछ अप्रत्याशित होता है—एक ऐसी ध्वनि जो पैटर्न में फिट नहीं बैठती, या एक ऐसी दृष्टि जो नियम को तोड़ती है—तो मस्तिष्क को यह निर्णय लेना होता है कि क्या किया जाए। क्या यह केवल एक यादृच्छिक त्रुटि (glitch) है, सिस्टम में एक क्षणिक शोर है? या यह इस बात का संकेत है कि वास्तव में दुनिया के नियम बदल गए हैं? यह पल भर का निर्णय एक हानिरहित गलती को अनदेखा करने और अपने परिवेश की पूरी समझ को अपडेट करने के बीच का अंतर है। इसे गलत समझना महंगा हो सकता है, जिससे भ्रम या चिंता हो सकती है, जबकि इसे सही समझना एक बदलते परिवेश में नेविगेट करने के लिए आवश्यक है। वैज्ञानिक लंबे समय से आश्चर्यजनक घटनाओं के प्रति मस्तिष्क की प्रतिक्रिया का अध्ययन करने के लिए सरल श्रवण परीक्षणों (listening tests) का उपयोग करते रहे हैं, लेकिन उन परीक्षणों में आमतौर पर एक स्थिर दुनिया शामिल होती है जहाँ नियम कभी नहीं बदलते, जिससे यह देखना असंभव हो जाता है कि जब नियम स्वयं परिवर्तनशील हों तो मस्तिष्क कैसे सीखता है।
एम्स्टर्डम विश्वविद्यालय और अन्य संस्थानों के शोधकर्ताओं की एक टीम ने एक नया तरीका विकसित किया है जिससे वे लोगों को कुछ भी करने के लिए कहे बिना मस्तिष्क को इस समस्या को हल करते हुए देख सकते हैं। उन्होंने एक श्रवण खेल (listening game) बनाया जहाँ नियम अप्रत्याशित रूप से बदलते रहते थे। प्रतिभागी एक शांत कमरे में बैठे और शुद्ध ध्वनियों (pure tones) की एक धारा सुनते थे, जिनमें से कुछ उच्च और कुछ निम्न थीं। कुछ समय के लिए, एक ध्वनि बहुत सामान्य होती थी और दूसरी दुर्लभ। फिर, बिना किसी चेतावनी के, भूमिकाएँ बदल जाती थीं: दुर्लभ ध्वनि सामान्य बन जाती थी, और सामान्य वाली दुर्लभ। यह रैंडम क्षणों पर होता था, जिससे श्रोता को लगातार यह पता लगाना पड़ता था कि वर्तमान में कौन सा नियम लागू है। शोधकर्ताओं ने प्रतिभागियों से बटन दबाने या बोलने के लिए नहीं कहा; उन्होंने केवल प्रतिभागियों की पुतलियों (pupils) को देखा। एक मंद रोशनी वाले कमरे में भी, जहाँ निरंतर प्रकाश रहता है, पुतली का आकार मस्तिष्क की आंतरिक गणनाओं के जवाब में बदलता है, जो आश्चर्य और सीखने को संभालने वाली प्रणालियों की गतिविधि के लिए एक खिड़की के रूप में कार्य करता है।
अध्ययन से पता चला कि पुतली अलग-अलग तरह से प्रतिक्रिया करती है, यह इस पर निर्भर करता है कि ध्वनि इसलिए आश्चर्यजनक है क्योंकि वह दुर्लभ है, या इसलिए क्योंकि दुनिया बदल गई है। जब किसी ध्वनि ने वर्तमान नियम का उल्लंघन किया, तो पुतली तब अधिक फैल गई जब ध्वनि ने नियम का पालन किया था। महत्वपूर्ण रूप से, यह प्रतिक्रिया केवल इस बारे में नहीं थी कि ध्वनि पिछली ध्वनि से भिन्न थी। एक नियंत्रण प्रयोग में जहाँ दस अलग-अलग ध्वनियाँ समान आवृत्ति के साथ बजाई गईं, पुतली ने "दुर्लभ" ध्वनियों के प्रति वैसी मजबूत प्रतिक्रिया नहीं दिखाई। इसने सिद्ध किया कि मस्तिष्क केवल पुनरावृत्ति या नवीनता (novelity) के प्रति प्रतिक्रिया नहीं दे रहा था, बल्कि सक्रिय रूप से वातावरण की एक छिपी हुई स्थिति (hidden state) को ट्रैक कर रहा था। पुतली की प्रतिक्रिया तब सबसे अधिक थी जब मस्तिष्क इस बात को लेकर सबसे अधिक अनिश्चित था कि क्या कोई परिवर्तन हुआ है, और जैसे ही नया नियम स्थापित हो गया और मस्तिष्क फिर से आश्वस्त हो गया, यह प्रतिक्रिया कम होती गई।
शोधकर्ताओं ने पाया कि पुतली की प्रतिक्रिया के कम होने की गति उस गणितीय मॉडल की गति से मेल खाती थी जो पूर्ण सीखने (perfect learning) के लिए अपने विश्वासों को समायोजित करता है। यह सुझाव देता है कि पुतली का भौतिक विस्तार दुनिया के अपने आंतरिक मानचित्र को अपडेट करने की मस्तिष्क की प्रक्रिया से निकटता से जुड़ा हुआ है। इस संबंध की पुष्टि करने के लिए, उसी समूह के प्रतिभागियों ने बाद में एक वर्चुअल रियलिटी गेम खेला जहाँ उन्हें एक दीवार के बीच के अंतराल (gaps) से होकर गुजरना था। उन अंतरालों की स्थिति उन्हीं छिपे हुए नियमों का पालन करती थी जो ध्वनियों के थे। अध्ययन ने दिखाया कि जिन लोगों की पुतलियाँ श्रवण कार्य के दौरान नियम परिवर्तन की संभावना के प्रति अधिक मजबूती से प्रतिक्रिया करती थीं, वे वही लोग थे जिन्होंने गेम में नियम बदलने पर अपने स्टीयरिंग व्यवहार को अधिक तेज़ी से बदला।
यह संबंध बताता है कि वही जैविक तंत्र आँख की अनैच्छिक शारीरिक प्रतिक्रिया और मन बदलने के सचेत निर्णय, दोनों को संचालित करता है। निष्कर्ष संकेत देते हैं कि मस्तिष्क एक विशिष्ट संकेत का उपयोग करता है, जिसमें संभवतः 'नॉरएड्रेनालिन' (noradrenaline) नामक एक रासायनिक संदेशवाहक शामिल है, जो उन क्षणों को चिह्नित करता है जब दुनिया बदल सकती है। यह संकेत नई जानकारी से सीखने की मस्तिष्क की क्षमता को बढ़ाता है, जिससे इसे पुराने धारणाओं को त्यागने और नई धारणाओं को अपनाने की अनुमति मिलती है। यह दिखाते हुए कि एक सरल, निष्क्रिय श्रवण कार्य इन गहरी शिक्षण प्रक्रियाओं को प्रकट कर सकता है, शोधकर्ताओं ने अध्ययन करने के लिए एक नया उपकरण प्रदान किया है कि मस्तिष्क परिवर्तन के अनुकूल कैसे होता है। यह दृष्टिकोण अंततः वैज्ञानिकों को यह समझने में मदद कर सकता है कि क्यों कुछ लोग नए साक्ष्य के सामने अपने विश्वासों को अपडेट करने में संघर्ष करते हैं, जो विभिन्न मानसिक स्वास्थ्य स्थितियों में देखी जाने वाली एक कठिनाई है, और इसके लिए उन्हें जटिल कार्य करने या मौखिक रिपोर्ट देने की आवश्यकता नहीं है। अध्ययन प्रदर्शित करता है कि भले ही हम बस स्थिर बैठे हों, हमारे शरीर लगातार यह पता लगाने के लिए काम कर रहे होते हैं कि क्या दुनिया बदल गई है, और हमारी पुतलियाँ इसके बारे में सबसे पहले जान लेती हैं।
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