L'apprentissage d'une nouvelle compétence nécessite généralement de la pratiquer activement par essais et erreurs tout en obtenant des commentaires sur vos performances. Cependant, les scientifiques ont découvert qu’une exposition passive à des informations pertinentes peut également stimuler l’apprentissage, même sans formation directe ni feedback.
Des chercheurs de l'UC Berkeley ont récemment démontré cet effet chez des souris apprenant à catégoriser les sons. Ils ont découvert qu’une exposition passive aux sons avant ou pendant un entraînement actif aidait les souris à apprendre plus rapidement. Les scientifiques ont également construit des modèles informatiques simulant des réseaux neuronaux dans le cerveau qui ont montré comment une exposition passive pouvait modifier la façon dont les informations sensorielles sont représentées et faciliter la liaison avec les réponses correctes.
Les résultats, publiés dans Neuroscience, fournissent un aperçu de méthodes de formation plus efficaces combinant apprentissage passif et actif. Cette approche hybride pourrait aider à acquérir des compétences du monde réel telles que la formation aux instruments de musique ou l’acquisition du langage chez les adultes et les enfants.
Les ingrédients clés : effort, pratique et commentaires
L'apprentissage d'une nouvelle compétence perceptuelle nécessite de prendre activement des décisions concernant la tâche et d'obtenir des commentaires sur ces choix. Supposons que vous essayiez de mieux classer les sons en hautes ou basses fréquences. Vous écoutiez les tonalités, deviniez si elles semblaient hautes ou basses et on vous disait si votre choix était correct. Ce processus de choix, de rétroaction et d’ajustement en boucle fermée entraîne les circuits décisionnels du cerveau.
Entendre passivement des sons en arrière-plan ne devrait pas faciliter ce processus d'apprentissage actif. Vous ne prenez aucune décision et vous ne savez pas si vous avez raison ou tort. Mais les humains et les autres animaux sont constamment exposés quotidiennement à des informations sensorielles, même s’ils ne pratiquent pas délibérément une compétence. Les scientifiques de l'UC Berkeley se sont demandés si le cerveau pouvait exploiter cette exposition passive de manière opportuniste.
Des recherches antérieures suggèrent un apprentissage passif
Les chercheurs se sont inspirés d'études antérieures montrant qu'une exposition précoce aux sons peut stimuler le développement du système auditif des animaux. Les bébés rats élevés dans un environnement avec certains sons répétitifs deviennent plus tard plus aptes à discriminer des sons similaires.
Chez l’homme adulte, certaines recherches ont également suggéré que l’entrelacement de séances d’écoute passive avec un entraînement actif aux tâches auditives pourrait stimuler l’apprentissage. Cependant, on en savait moins sur la façon dont l’exposition passive interagit avec l’apprentissage actif dans des modèles animaux matures qui pourraient fournir davantage d’informations biologiques.
L’équipe de l’UC Berkeley a réalisé que l’apprentissage automatique pourrait également offrir des indices. Les informaticiens ont découvert que la première pré-formation de modèles de réseaux neuronaux sur de grands ensembles de données non étiquetés peut leur permettre d'apprendre des tâches étiquetées beaucoup plus rapidement avec moins d'exemples de formation. Le système auditif peut employer une astuce similaire, en utilisant d’abord une exposition passive à des sons non étiquetés pour optimiser son modèle interne du monde, relançant ainsi l’apprentissage des tâches.
Les souris apprennent plus vite après une écoute passive
Les chercheurs ont entrepris de tester systématiquement si l'exposition sonore passive améliore l'apprentissage actif des catégories auditives en utilisant des souris entraînées à détecter des modèles sonores.
Les souris ont dû classer les tonalités courtes changeant de tonalité comme montant ou descendant en fréquence. Ils indiquaient leur choix en poussant leur nez dans l'orifice gauche ou droit d'une chambre d'essai. Au fil de plusieurs séances d’entraînement quotidiennes, les souris sont devenues de mieux en mieux capables de catégoriser les sons avec précision.
Les scientifiques ont comparé des groupes de souris ayant reçu la formation standard à deux autres groupes. Un groupe a bénéficié d’une exposition sonore passive supplémentaire en diffusant des sons de fond dans ses cages avant l’entraînement actif. Un autre groupe de souris a entendu des sons passifs entrelacés tout au long de la phase d’apprentissage actif plutôt qu’au début.
Dans les deux cas, les souris exposées à des sons extra-passifs ont montré un apprentissage accéléré. Ils ont atteint des performances de catégorisation maximales plus rapidement que les souris qui suivaient uniquement un entraînement actif. Cela a démontré que l’exposition passive au bruit peut améliorer l’apprentissage actif des compétences auditives chez les mammifères matures.
Les modèles de réseaux neuronaux simulent les apprentissages biologiques
Pour comprendre quels mécanismes pourraient permettre à une exposition passive de conférer des avantages d’apprentissage observés sur le plan comportemental, les chercheurs ont construit des modèles informatiques imitant le traitement neuronal et l’apprentissage dans le système auditif.
Ils ont testé différentes architectures allant des simples classificateurs linéaires aux réseaux neuronaux multicouches. Certains modèles utilisaient uniquement l'apprentissage supervisé, où les connexions réseau sont ajustées en fonction de la correspondance entre les sorties du modèle et les étiquettes précises pendant la formation. D'autres modèles ont été ajoutés lors d'une pré-formation non supervisée, où les modèles de structure des données d'entrée non étiquetées sont capturés avant de lier les sorties aux étiquettes.
Les chercheurs ont découvert que les réseaux neuronaux multicouches qui effectuaient essentiellement une détection non supervisée des caractéristiques à partir d'entrées sonores passives, suivie d'un réglage fin supervisé, correspondaient le mieux aux performances d'apprentissage des souris. Les modèles ont souligné une exposition passive conduisant à des représentations sensorielles réorganisées qui permettent un apprentissage actif plus efficace.
L'entrelacement fonctionne mieux
En plus de montrer que l’exposition passive accélérait l’apprentissage, les expériences ont révélé que les présentations sonores entrelacées tout au long de la formation conduisaient à une maîtrise plus rapide que l’écoute passive seulement au début. Une modélisation informatique plus approfondie a permis d'expliquer ce résultat grâce à ce que l'on appelle la congruence entre les règles d'apprentissage conduisant aux mises à jour passives et actives du modèle.
Lorsqu’ils se produisent ensemble, les changements non supervisés et supervisés des connexions neuronales se combinent, affinant rapidement les représentations pour permettre des performances supérieures. Les chercheurs ont découvert que seule une poignée de séances passives entrelacées étaient aussi efficaces que des jours d’exposition passive initiale.
Ainsi, lorsque vous prenez cette guitare ou démarrez des cassettes en langue étrangère, ne vous lancez pas immédiatement dans la pratique hardcore. Assurez-vous de compléter votre entraînement actif quotidien par une écoute passive. Votre cerveau absorbera les sons et vous atteindrez vos objectifs d'apprentissage en moins de temps.
Cette approche combinant exposition passive et apprentissage actif fournit une recette pour une maîtrise plus rapide des compétences du monde réel en utilisant les processus d'apprentissage naturels de notre cerveau. Les scientifiques qui étudient la manière dont les animaux et les IA apprennent de nouvelles tâches continuent de découvrir des programmes d'entraînement optimaux qui exploitent des données étiquetées et non étiquetées. Cependant, ces recherches aident le cerveau biologique ou numérique à réussir en révélant un moyen de booster l’apprentissage.
À propos de l’auteur
Robert Jennings est co-éditeur de InnerSelf.com avec sa femme Marie T Russell. Il a fréquenté l'Université de Floride, le Southern Technical Institute et l'Université de Floride centrale avec des études en immobilier, développement urbain, finance, ingénierie architecturale et enseignement élémentaire. Il était membre du US Marine Corps et de l'US Army ayant commandé une batterie d'artillerie de campagne en Allemagne. Il a travaillé dans le financement immobilier, la construction et le développement pendant 25 ans avant de lancer InnerSelf.com en 1996.
InnerSelf se consacre au partage d'informations qui permettent aux gens de faire des choix éclairés et perspicaces dans leur vie personnelle, pour le bien des communs et pour le bien-être de la planète. InnerSelf Magazine en est à ses 30 ans de publication en version imprimée (1984-1995) ou en ligne sous InnerSelf.com. S'il vous plaît, soutenez notre travail.
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Cet article est sous licence Creative Commons Attribution-Share Alike 4.0. Attribuer l'auteur Robert Jennings, InnerSelf.com. Lien vers l'article Cet article a paru sur InnerSelf.com
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