大脑的适应能力有时似乎无穷无尽。 但是在学习过程中对大脑的观察表明，其神经网络可能出奇地缺乏灵活性和效率。
智力的主要属性是学习能力。 正如数十年的研究表明，我们的大脑表现出相当大的“可塑性”，即神经元响应外部刺激而改变连接的能力。 但是卡耐基梅隆大学和匹兹堡大学的研究人员最近发现了我们的学习能力出乎意料的局限性。 大脑的确可能具有灵活性和适应性，但是至少在短时间内，它会通过无效地重复其神经语汇中的技巧来学习，而不是从头开始建立连接网络。
卡内基·马隆大学生物医学工程师兼神经科学家拜伦·于（Byron Yu）说，“当我打
壁球时 ，我看起来就像网球运动员。”该研究的负责人之一。 于打网球多年。 他在打壁球方面遇到了问题，因为他使用的球拍更短，而且投篮速度更快，难度更大，这与网球场上的投篮不同。 但是，在打壁球时，他会滑入使用球拍的风格，这是他长期以来习惯打网球的习惯。 大脑不容易与已经知道的分开。
Yu和同事在训练过程中观察大脑，发现在神经元水平上类似的缺乏可塑性的证据。 这一发现和相关研究可以帮助解释为什么有些东西比其他东西更难学习。
几年前，Yu，匹兹堡大学的
Aaron Batista及其实验室成员开始使用脑机接口（IMC）作为发现神经生物学的工具。 这些设备具有一个指甲大小的芯片，该芯片可以立即跟踪控制运动的运动皮质中的磁控管的电活动。 通过跟踪穿过各个神经元的电压尖峰的顺序，IMC能够计算出“尖峰速度”，该速度表征了给定任务中每个神经元的行为。
Y. Y.说：“您可以想象与在试图确定大脑在做什么的堆中挖掘这些数据相关的困难。我们的眼睛没有训练有素，无法注意到这些数据中的隐藏模式。” 但是芯片可以进行的高级统计分析可以做到这一点，并且这些模式可以用来确定与受试者意图做出某些动作有关的神经活动。 例如，该系统能够区分测试对象用手达到左，右，上或下的意图。
然后，研究人员可以使用IMC的输出将与某些运动相关的神经活动转化为计算机屏幕上光标的命令。 通过反复试验，训练人或动物使用这种界面，想象他们如何将手（例如，手）向左移动，并使光标向同一方向移动。
当Yu，Batista及其同事追踪猴子的运动皮层时，他们反复进行简单的手部动作，他们发现神经元并没有独立激活。 可以通过10种以各种方式激活或抑制其邻居工作的神经元的行为来统计地描述所测量的数百个神经元的行为。 在分析中，此结果显示为一组点，这些点填充了100维数据空间中的极少量数据。
卡内基马隆大学生物医学工程学教授
斯蒂芬·蔡斯说：“我们称这个体积为内在的流形，因为我们认为这个特征确实是大脑的特征。” “这个空间的尺寸准确地预测了神经元的能力。”
在2014年，研究人员
发现 ，如果在此过程中包括属于某个特征集的神经元组合，而不是位于其外部的神经元组合，则受试者更容易学习新任务。 Yu认为，这是有道理的，因为属于特定特征的任务会向与大脑潜在神经结构相对应的大脑发出请求。 研究结束后，研究人员转向了在训练过程中神经活动如何变化的问题-最近发表在《自然神经科学》杂志上的一篇论文对此进行了描述。
为了了解大脑中发生的事情，研究人员首先给配备IMC的灵长类动物适应了左右移动光标的习惯。 然后，研究小组改变了移动光标所需的神经活动的要求，并开始观察动物将使用哪些新的神经活动模式，这些新模式对应于特征集的新点集。
研究人员期望看到一种称为“重组”的学习策略的证据，在此过程中，动物将开始使用一些最自然地适合此任务的新型工作神经元模式。 博士后
马修·戈鲁布 （
Matthew Golub）说：“ Perestroika是动物可以使用的最佳策略，但要受一组特定的神经元的限制。” 或者猴子的大脑可以通过“重新缩放”开始学习，在这个过程中，参与主要学习任务的神经元将增加或减少突发次数，直到它们偶然遇到某种工作流程为止。
但是，令研究人员惊讶的是，既没有改革也没有扩大规模。 相反，研究人员观察到“重新关联”的过程极为无效。 只需使用现有的神经序列，即可改变目标，对受试者进行一项新任务的培训。 先前将光标向左移动的序列开始将其向右移动，反之亦然。 “只有在新的条件下，” Golub说：“他们参与了重复利用。”
为什么大脑应该使用不太有效的学习策略？ 该小组的发现结果表明，就像整个神经结构的工作受到特征集活动的限制一样，该集合中神经元的工作也限制了其活动的重组。 巴蒂斯塔认为，必须进行重组才能改变神经元之间的突触连接的变化过于复杂，无法使其足够快。 他说：“短期内的可塑性可能比我们预期的更为有限。” -学习意味着忘记。 大脑不情愿地拒绝了已经知道如何处理的习得技能。”
Chase将运动皮层与一个旧的电话总机进行了比较，在电话总机中，神经连接（如电缆）将皮质各部分的输入连接到小脑的输出。 正如他所说，在实验过程中，“大脑只是改变了电缆的连接方式”，尽管这一过程的细微差别仍不清楚。
Yu说：“快速改变策略涉及改变皮质的输入连接。”但他还指出，在他们的实验中对大脑活动进行了1-2小时的监控。 研究人员还不能排除重新结合是教导大脑新任务的中间步骤的可能性。 在较长的时间内，可能仍会进行重建或缩放。
如果是这样，这可以解释新移民和专家如何处理与共同利益相关的新信息的差异。 巴蒂斯塔说：“初学者必须与现有的人一起工作，而专家则致力于知识的整合。” “这可能是这种众所周知的现象的神经基础。”