آرشیو پنج‌شنبه ۳۰ آبان ۱۳۹۸، شماره ۳۵۷۷
علم
۹
انتخاب طبیعی

یادگیری منحصر به انسان نیست

امیر رحمانی

گروهی از میمون ها را تصور کنید که بلد نیستند نارگیل را شکسته و از آن تغذیه کنند، اما در جایی زندگی می کنند که درختان نارگیل به وفور وجود دارند و سایر منابع غذایی کمیاب شده اند. اگر میمونی به طور تصادفی بیاموزد که با استفاده از یک سنگ لبه تیز و ضربه زدن متوالی به نارگیل می تواند آن را بشکند، بعضی میمون های دیگر نیز همان ترفند را می آموزند و در فاصله کوتاهی، محیط و نحوه زندگی میمون ها تغییر می کند. هر میمونی که روش شکستن نارگیل را سریع تر بیاموزد، شانس بیشتری برای بقا و تولیدمثل خواهد داشت. فرایند یادگیری، منجر به تغییر محیط شده است و فشار فرگشتی جدیدی ایجاد می کند. اگر بچه میمونی به دنیا بیاید که به طور ذاتی بهتر بلد است سنگ را دستش بگیرد، چون سیم کشی مغزش که حاصل ژنتیک اوست کمی متفاوت است، چنین بچه میمونی به انرژی و زمان کمتری برای یادگیری نیاز خواهد داشت. او بیشتر تولیدمثل خواهد کرد و ژنتیک خود را به نسل بعد منتقل می کند و به مرور زمان، تعداد میمون هایی که ذاتا بلدند از سنگ استفاده کنند، افزایش خواهد یافت. این پدیده را اثر بالدوین می نامند.

یک ناظر خارجی ممکن است به اشتباه بپندارد که هنر استفاده از سنگ در فرایندی لامارکی به بچه میمون منتقل شده است؛ اما چنین تصوری درست نیست و هنوز مکانیسم شناخته شده و فراگیری وجود ندارد که نشان دهد چگونه ممکن است صفات اکتسابی به ژنتیک نسل بعد منتقل شود. آن مهارت هایی که والدین در زندگی می آموزند، به ژنتیک فرزندان منتقل نمی شود، بلکه یادگیری مهارت، شرایط محیطی را عوض کرده و انتخاب طبیعی را به سمتی هدایت می کند که منجر به ظهور ژنتیک منطبق با آن مهارت می شود.

دو تئوریسین شبکه های عصبی به نام جفری هینتون و استیون نولان در سال 1986 برای اولین بار نشان دادند اثر بالدوین در یک شبکه عصبی چگونه عمل می کند. آنها یک مدار عصبی ساده با 20 اتصال را شبیه سازی کردند که هریک از اتصالات می تواند در حالت روشن یا خاموش شدن باشد. اگر فرض کنیم که تمام 20 اتصال باید در وضعیت مشخصی قرار بگیرند تا مدار عصبی درست عمل کند، در آن صورت احتمال اینکه در جانوری هر 20 اتصال از همان بدو تولد درست تنظیم شده باشند، یک در میلیون است؛ اما اگر این جانور خوش شانس از طریق جنسی تولیدمثل می کند، احتمال اینکه در فرزندان او نیز همان 20 اتصال در وضعیت درست تنظیم شوند، زیاد نیست؛ چراکه فرزندان او نیمی از ژنتیک خود را از والد دیگر به ارث می برند. شبیه سازی هینتون و نولان نشان داد چنین شبکه عصبی ای شانس زیادی برای فراگیرشدن ندارد.

هینتون و نولان سپس شبکه عصبی دیگری را شبیه سازی کردند. در این شبکه عصبی، فرض شد که تنظیمات 10 عدد از اتصالات از همان بدو تولد ثابت و غیرقابل تغییر هستند؛ اما وضعیت روشن یا خاموش 10 اتصال دیگر را جانور می تواند در فرایند یادگیری تغییر داده و به گونه ای میزان کند که با نیازمندی محیط زندگی او متناسب باشد. 

احتمال اینکه در جانوری از همان بدو تولد، 10 اتصال ثابت شبکه عصبی او در وضعیت مناسب باشند، یک در هزار است و جانور با هزار بار سعی و خطا موفق می شود تنظیمات 10 اتصال دیگر را میزان کند. به این ترتیب احتمال ظهور و گسترش چنین شبکه عصبی ای به مراتب بیشتر از وقتی است که هر 20 اتصال شبکه عصبی از بدو تولد به طور تصادفی درست بوده اند. چنین جانوری نسل خود را سریع تر از رقبایش افزایش می دهد. طولی نمی کشد که جامعه جدیدی به وجود خواهد آمد که بیشتر اعضای آن قادر به یادگیری مهارت جدید هستند. حال اگر یکی از اولاد تازه به دنیا آمده دارای شبکه عصبی ای باشد که 11 اتصال آن از بدو تولد در وضعیت درست تنظیم شده اند و او فقط باید بیاموزد تا 9 اتصال باقی مانده را میزان کند، به تلاش کمتری برای یادگیری نیاز خواهد داشت و شانس او برای بقا و زادو ولد حتی بالاتر می رود. با افزایش تعداد اتصالات ثابت که به طور ژنتیکی درست تنظیم شده اند، فشار فرگشتی کاهش می یابد؛ چرا که انرژی لازم برای یادگیری و تنظیم اتصالات باقی مانده زیاد نیست و هر جانوری با کمی تلاش موفق خواهد شد مهارت جدید را بیاموزد.

اثر بالدوین نقش عمده ای در فرگشت مغز جانوران بازی کرده است؛ اما نباید بپنداریم که یادگیری منحصر به انسان و حیوانات باهوش است. هر جانداری که در شبکه عصبی خود نورون هایی داشته باشد که تنظیمات شان با دریافت بازخورد از خروجی سیستم عصبی قابل تغییر باشد، قادر به یادگیری خواهد بود. اثر بالدوین توضیح می دهد که چگونه شبکه های عصبی پیچیده به تدریج فرگشت یافته اند؛ در حالی که احتمال ظهور تصادفی چنین شبکه هایی بسیار غیرمحتمل است، اگر بخواهیم فرض کنیم که تمام اتصالات شبکه یکباره و در وضعیت ایدئال ظاهر شده اند.