مغز انسان برای ثبت اطلاعات تازه، باید خود را تحول دهد. این تغییرات در شبکه‌ای عظیم از ارتباطات بین سلول‌های عصبی رخ می‌دهد؛ جایی که میلیارد‌ها سیناپس (نقاط ارتباطی بین نورون‌ها) دچار تحکیم یا تضعیف خواهد شد تا یادگیری اتفاق بیفتد. این فرآیند که به «انعطاف‌پذیری سیناپسی» معروف است، زمان‌ها است که مورد مطالعه عصب‌شناسان قرار دارد. اما با وجود شناخت برخی از فرآیند‌های مولکولی آن، تا این مدت به درستی نمی‌دانستیم که چرا برخی سیناپس‌ها در این روال نقش فعال‌تری دارند و برخی نه. دانستن این قواعد، کلید فهمیدن بهتر نحوه یادگیری در مغز است.

این مساله به یکی از چالش‌های اساسی در علوم اعصاب برمی‌گردد: چطور سیناپس‌ها با وجود آن‌که تنها از اطلاعات محلی خود آگاه می باشند، می‌توانند در شکل‌گیری حرکت‌های کلی و یادگیری‌های تازه نقش مؤثری ایفا کنند؟ این معما به «مساله تخصیص اعتبار» معروف است؛ همانند مورچه‌هایی که کار‌های محلی خود را انجام خواهند داد، بدون آن‌که بدانند کل کلونی در حال انجام چه کاری است.

در این راستا، محققانی از دانشگاه کالیفرنیا در سن‌دیگو، پژوهشی انجام داده‌اند تا این فرآیند را از زاویه‌ای تازه بازدید کنند. آنها در این مطالعه که نوشته آن درمورد فهمیدن بهتر نحوه تحول سیناپس‌ها زمان یادگیری می بود، از راه حلهای تصویربرداری گسترش یافتهای منفعت گیری کرده‌اند که امکان مشاهده فعالیت‌های سیناپسی در مغز موش‌ها را فراهم می‌کرد.

برای بازدید این فرآیند پیچیده، پژوهشگران از تکنولوژی «تصویربرداری دو فوتونی» منفعت گرفتند که می‌تواند فعالیت‌های دقیق سیناپس‌ها و نورون‌ها را در میانه یادگیری ضبط کند. با منفعت گیری از این روش، آنها توانستند تغییرات واقعی در ورودی‌ها و خروجی‌های نورونی را در لحظه مشاهده کنند.

نتایج این تحقیق که در نشریه علمی Science انتشار شده است، نشان داد که مغز از یک قاعده یکنواخت برای یادگیری منفعت گیری نمی‌کند. بلکه نورون‌ها می‌توانند به‌طور همزمان چندین قاعده را به کار ببرند. سیناپس‌های گوناگون در یک نورون می‌توانند بر پایه قواعد متغیری تحول کنند. این کشف دیدگاه رایج در رابطه نحوه یادگیری در مغز را به چالش کشیده است.

پژوهشگران دریافتند که این فرآیند نه‌تنها فهمیدن ما از چگونگی شکل‌گیری خاطرات و یادگیری را بهبود می‌دهد، بلکه می‌تواند به طراحی شبکه‌های عصبی گسترش یافتهتر در حوزه هوش مصنوعی نیز پشتیبانی کند. در این سیستم‌ها، به‌جای منفعت گیری از یک قاعده مشترک برای همه نورون‌ها، می‌توان از چندین قاعده در واحد‌های گوناگون منفعت برد.

این یافته‌ها این چنین می‌توانند در فهمیدن بهتر و درمان اختلالاتی، چون اعتیاد، PTSD (اختلال استرس بعد از سانحه)، آلزایمر و اختلالات رشد عصبی همانند اوتیسم مؤثر باشند. چراکه تعداد بسیاری از این بیماری‌ها به نوعی با نقص در کارکرد سیناپس‌ها ربط دارند.

محققان در ادامه به جستوجو آن می باشند تا دریابند چطور نورون‌ها می‌توانند هم‌زمان از قواعد گوناگون منفعت گیری کنند و این کار چه مزایایی برای آنها دارد.