Παιδί: Η παρατήρηση του περιβάλλοντος συμβάλλει στην ανάπτυξη

Η ανάπτυξη έως την ενηλικίωση, εξαρτάται από την παρατήρηση του περιβάλλοντος και όχι μόνο από τη διδασκαλία. Το ίδιο ισχύει και για την ανάπτυξη του οπτικού συστήματος.

Σε αυτό το συμπέρασμα έχουν καταλήξει δύο νευροεπιστήμονες του SISSA (Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati), οι οποίοι για πρώτη φορά, κατάφεραν να δείξουν πειραματικά τη σημασία της παθητικής οπτικής εμπειρίας στην ωρίμανση και την ορθή λειτουργία ορισμένων βασικών νευρώνων, που εμπλέκονται στη διαδικασία της όρασης.

Πώς η παρατήρηση του περιβάλλοντος συμβάλλει στην ανάπτυξη;

Από τα πρώτα στάδια της κύησης, το οπτικό σύστημα υπόκειται σε συνεχή ερεθίσματα που γίνονται όλο και πιο έντονα και δομημένα μετά τη γέννηση. Βρίσκονται στο επίκεντρο των μηχανισμών μάθησης που, σύμφωνα με ορισμένες θεωρίες, είναι θεμελιώδεις για την ανάπτυξη της όρασης.

Σύμφωνα με τον Davide Zoccolan, διευθυντή του εργαστηρίου οπτικής νευροεπιστήμης του SISSA και επικεφαλή ερευνητή της μελέτης, η μάθηση είναι αποτέλεσμα δυο διαδικασιών, είτε είναι καθοδηγούμενη από ένα δάσκαλο (υπό επίβλεψη), είτε είναι αποτέλεσμα της αυθόρμητης, παθητικής έκθεσης στο περιβάλλον (χωρίς επίβλεψη). Το πρώτο συνδέεται με τους γονείς και τους δασκάλους, που μας κατευθύνουν στην αναγνώριση ενός αντικειμένου. Το δεύτερο συμβαίνει αυθόρμητα, παθητικά, όταν κινούμαστε παρατηρώντας το τι συμβαίνει γύρω μας.

Ο Giulio Matteucci και ο Davide Zoccolan, έχουν μελετήσει το ρόλο της αυθόρμητης οπτικής εμπειρίας και ιδιαίτερα τον ρόλο της χρονικής συνέχειας των οπτικών ερεθισμάτων. Αυτή η ιδιότητα της φυσικής οπτικής εμπειρίας, θεωρείται θεμελιώδης για την ωρίμανση του οπτικού συστήματος από θεωρητικά μοντέλα που περιγράφουν μαθηματικά τις βιολογικές μαθησιακές διαδικασίες.

Για να καταφέρουν να εξετάσουν αυτήν την υπόθεση, οι ερευνητές εξέθεταν καθημερινά δύο ομάδες νεαρών ποντικιών σε διαφορετικά οπτικά περιβάλλοντα. «Παίξαμε μια σειρά βίντεο, είτε στην αρχική τους έκδοση, είτε μετά από τυχαία ανακατάταξη μεμονωμένων εικόνων, καταστρέφοντας έτσι τη χρονική συνέχεια της οπτικής εμπειρίας», εξήγησαν οι επιστήμονες. «Στα ζώα που εκτέθηκαν σε αυτήν την ασυνεχή οπτική ροή, παρατηρήσαμε την εξασθένηση της ωρίμανσης ορισμένων «σύνθετων» κυττάρων, όπως λέγονται, του οπτικού φλοιού. Αυτοί οι νευρώνες διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο στην οπτική επεξεργασία. Επιτρέπουν την αναγνώριση του προσανατολισμού και του περιγράμματος ενός αντικειμένου, ανεξάρτητα από την ακριβή του θέση στο οπτικό πεδίο, μια ικανότητα αντίληψης που έχει εφαρμοστεί πρόσφατα σε συστήματα τεχνητής όρασης. Το εύρημα ότι η ωρίμανση των νευρώνων αυτών είναι πολύ ευαίσθητη στον βαθμό συνέχειας της οπτικής εμπειρίας, είναι η πρώτη άμεση πειραματική επιβεβαίωση, των θεωρητικών μοντέλων».

Αυτές οι παρατηρήσεις δείχνουν τη σημασία της παθητικής οπτικής εμπειρίας για την ανάπτυξη του οπτικού συστήματος. Δείχνουν επίσης ότι οι μορφές αυθόρμητης μάθησης, βρίσκονται στη βάση της ανάπτυξης τουλάχιστον κάποιας στοιχειώδους οπτικής λειτουργίας, ενώ άλλες μορφές μάθησης μπαίνουν στο παιχνίδι αργότερα, λόγω της απόκτησης πιο συγκεκριμένων και εξελιγμένων δεξιοτήτων.

Σημαντικότητα μελέτης

Αυτά τα αποτελέσματα είναι σημαντικά και έχουν πιθανές κλινικές και τεχνολογικές επιπτώσεις. Σύμφωνα με τον Zoccolan «Σε ορισμένες αναπτυσσόμενες χώρες, υπάρχουν παιδιά που πάσχουν από συγγενή καταρράκτη, τα οποία, μετά τη χειρουργική επέμβαση πρέπει να αναπτύξουν τις δεξιότητες οπτικής αναγνώρισης ουσιαστικά από το μηδέν. Ήδη σήμερα, ορισμένες αποκαταστατικές προσεγγίσεις εκμεταλλεύονται τη χρονική συνέχεια συγκεκριμένων οπτικών ερεθισμάτων (για παράδειγμα, γεωμετρικά σχήματα σε κίνηση), για να διδάξουν στους ασθενείς το πώς να κάνουν διακρίσεις σε οπτικά αντικείμενα. Τα αποτελέσματα επιβεβαιώνουν την εγκυρότητα αυτών των προσεγγίσεων, αποκαλύπτοντας τους νευρωνικούς μηχανισμούς που βρίσκονται πίσω από αυτές και προτείνουν πιθανές βελτιώσεις και απλοποιήσεις.

Επιπλέον, η ανάπτυξη τεχνητών οπτικών συστημάτων χρησιμοποιεί, επί του παρόντος, κυρίως «εποπτευόμενες» τεχνικές μάθησης, οι οποίες απαιτούν τη χρήση εκατομμυρίων εικόνων. Τα αποτελέσματα της μελέτης υποδηλώνουν ότι αυτές οι μέθοδοι πρέπει να συμπληρώνονται από «μη εποπτευόμενους» αλγόριθμους μάθησης, που μιμούνται τις διαδικασίες που πραγματοποιούνται στον εγκέφαλο, για να κάνουν την εκπαίδευση γρηγορότερη και πιο αποτελεσματική.