| | ”ченым удалось "поместить" человеческий интеллект в небольшую формулу
Ќаука

”ченым удалось "поместить" человеческий интеллект в небольшую формулу

”ченым удалось \"поместить\" человеческий интеллект в небольшую формулу
“еперь дл€ измерени€ умственных способностей человека достаточно воспользоватьс€ небольшой математической формулой.

ѕо мнению доктора ƒжо “зина, ведущего нейробиолога в ”ниверситете јвгусты в ƒжорджии, ключ к интеллекту лежит в одном простом, неприт€зательном уравнении: N = 2^i Ц 1. ¬ основе теории св€занности “зина лежит описание того, как наши миллиарды нейронов гибко собираютс€ не только с образованием знаний, но и кристаллизацией концепций и экстраполировани€ изученных идей, а также рассуждени€ о вещах, которых мы еще не испытали, информирует  иевские ¬едомости со ссылкой на Health.

Ђ»нтеллект в своей основе заключаетс€ в неопределенности и бесконечных возможност€хї, говорит “зин.

≈сли вы недоверчиво уставились на уравнение, вы не одиноки. “еори€ кажетс€ настолько банальной, что ее легко отмести как очередную попытку разгадать нейронный код Ч только теори€, без доказательств.

Ќо в новой работе, опубликованной в Frontiers in Systems Neuroscience, “зин и его команда проверили свою теорию в р€де экспериментов с животными и вы€снили, что она выполн€етс€ дл€ семи различных областей мозга, определ€€ базовые поведенческие функции, такие как кормление, пам€ть и страх.

» простота еще не самый шокирующий аспект идеи “зина.

„то еще более спорно, теори€ сходитс€ лицом к лицу с фундаментальным учением в нейробиологии: клетки, которые активируютс€ вместе, вместе и св€зываютс€.

Ёта векова€ иде€ настолько широко прин€та, что вполне может считатьс€ догмой. ќна гласит, что когда нейроны активируютс€ вместе, кодиру€ объект, концепцию или воспоминание, их св€зи укрепл€ютс€. ≈сли кака€-либо часть этого ансамбл€ активируетс€ в будущем, она поднимает из пам€ти полное воспоминание. ƒругими словами, клетки активируютс€ случайным образом, но соедин€ютс€ неслучайно в процессе обучени€.

Ќа фундаментальном уровне переплетени€ мозга глубоко укоренены.

ѕо мнению “зина, эта теори€ имеет смысл как с точки зрени€ клеток, так и расчетов, но Ђпрекрасным образом расплываетс€ї.

—о своей стороны, “зин считает, что мозг работает на базе заранее запрограммированных и сохраненных сетей. Ёти сети не выучиваютс€; вместо этого они состо€т из заранее установленных нейронных сетей, св€занных в соответствии с простым математическим принципом.

ƒругими словами, на фундаментальном уровне переплетени€ мозга глубоко укоренены Ч эти мотивы, установленные генетикой, лежат глубоко в основе нашей способности извлекать черты, находить взаимосв€зи, извлекать абстрактные знани€ и, в конечном счете, рассуждать.

ЂЌа мой взгл€д, ƒжо “зин предлагает интересную идею о принципах организации мозга, и она подтверждаетс€ интригующим и убедительным доказательствомї, говорит доктор “омас «юдхоф, нейробиолог —тэнфордского университета и лауреат Ќобелевской премии по физиологии и медицине 2013 года. ЂЁту идею стоит проверитьї.

“еори€ св€занности

“зин не понаслышке знаком с исследовани€ми интеллекта.

–абота€ в ѕринстонском университете 17 лет назад, “зин оказалс€ среди первых, кто методом генетической инженерии создал Ђумную мышьї, котора€ быстрее обучалась, дольше помнила и решала сложные проблемы в лабиринте быстрее, чем ее обычные собрать€.

—оздание мыши Ђƒугиї, названной в честь гениального подростка в сериале ƒуги ’аузер, навело ученых на мысль: если изменение всего нескольких генов может кардинально изменить когнитивные способности вне зависимости от обучени€, возможно, эти исследовани€ затрагивали фундаментальные переплетени€ мозга.

Ќесколькими годами спуст€, изуча€, как мыши формируют разные типы страшных воспоминани€, “зин обнаружил, что клетки в гиппокампе Ч центре пам€ти мозга Ч варьировались в характере активации.

Ќекоторые клетки активировались в ответ на любой тип страшных событий Ч воздушный взрыв со спины (имитаци€ атаки совы), встр€ску на манер землетр€сени€ или внезапное свободное падение. ƒругие отвечали на подмножество событий, такие как тр€ска и падение, но не на воздушный взрыв. ƒругие были еще более придирчивыми, активировались только в ответ на завис€щие от контекста событи€, такие как землетр€сение в голубой, но не в красной комнате.

ѕри составлении карты нейроны формировали кластеры от специфических к общим.

Ђ«ерно этой идеи привело к теории св€занностиї, говорит “зин.

¬ €дре этой теории лежит формула N = 2^i Ц 1, математическа€ логика переплетени€ во второй степени, котора€ иллюстрирует, как нейронные сети переход€т от специфических к общим.

 ажда€ нейронна€ сеть называетс€ Ђкликойї. ѕроста€ клика включает нейроны, получающие определенный ввод. ¬опреки широко распространенному мнению, что отдельные нейроны €вл€ютс€ основной вычислительной единицей мозга, “зин говорит, что эту роль должны брать на себ€ нейронные кластеры.

ЂЁто позвол€ет системе избежать катастрофического отказа в случае потери одного нейронаї, объ€сн€ет “зин.

Ёти простые нейронные клики затем переплетаютс€ в большие сети, которые называютс€ functional connectivity motifs (FCM) в соответствии с N = 2^i Ц 1. ¬ этой формуле N Ч это число нейронных клик, соединенных различными способами, и i Ч типы информации, которую они получают.

Ќапример, скажем, у вас есть животное, которое хочет пищи и самок (i = 2). —ледовательно, необходимы три нейронных клики (N = 2 x 2 Ч 1), чтобы в полной мере удовлетворить его потребности.

Ђѕо этому уравнению каждый FCM должен состо€ть из полного набора нейронных клик, которые извлекают и обрабатывают различные вводы комбинаторным образомї, говорит “зин.

ќбъедин€€ эти схемы, мозг может создавать новые идеи и представлени€ о мире, говорит “зин. ¬ некотором роде это вроде разборки и сборки кубиков LEGO во все новые структуры. ƒл€ животного, которое имеет дело с более сложными вводными, кажда€ нейронна€ клика обрабатывает разные аспекты поступающей информации. ¬месте они переплетаютс€ с образованием более крупных блоков, способных обрабатывать вводные данные более высокого уровн€.

Ёти блоки заранее программируютс€, а не разучиваютс€, и, по мнению “зина, €вл€ютс€ основными вычислительными кирпичиками мозга.

“аким образом, мозг может принимать информацию и превращать комбинации отдельных элементов, таких как Ђземлетр€сениеї и Ђландшафтї, в более общие знани€, такие как Ђприродные катаклизмыї.

ѕоскольку нейронные сети работают именно так, они образуют схемы, которые могут находить общие схемы в самых разных сортах информации. —овмеща€ эти схемы, мозг может выстраивать новые идеи и концепции о мире, говорит “зин. ¬ некотором роде это гибкое комбинирование кубиков LEGO с образованием новых структур.

ѕроверка теории

≈сли мозг действительно работает по формуле N = 2^i Ч 1, эта теори€ должна выполн€тьс€ дл€ нескольких типов когнитивных задач. „тобы проверить идею, ученые снабдили мышей массивами электродов, чтобы послушать их нейронные разговоры.

¬ одном из экспериментов ученые дали животным комбинацию из четырех различных типов пищи Ч стандартный корм, сахарные гранулы, капли риса и обезжиренного молока. —огласно теории, мыши должны иметь 15 (N = 2^4 Ч 1) нейронных клик, чтобы в полной мере представл€ть каждый тип пищи и их различные комбинации.

¬от что они вы€снили.

ѕри записи активности миндалины, области мозга, котора€ обрабатывает эмоции, некоторые нейроны откликались на все виды пищи, другие же были более избирательны. —обира€сь в кластеры дл€ дальнейшей активности, они сформировали 15 клик Ч в точности как и предсказывала теори€.

¬ другом эксперименте, направленном на запуск страха, животных подвергали четырем страшным сценари€м: внезапному взрыву воздуха, землетр€сению, неожиданному свободному падению или удару током в ноги. Ќа этот раз записи из области коры головного мозга, котора€ отвечает за страх, тоже вы€вили 15 клеточных клик.

јналогичные результаты были получены и в других област€х мозга Ч в общей сложности из семи разных областей. «аметное исключение €вили дофаминовые нейроны в цепочке вознаграждений, которые имеют тенденцию активироватьс€ в двоичной манере, кодиру€ такие пон€ти€, как хорошо или плохо.

Ёто говорит о том, что уравнение работает дл€ многих когнитивных механизмов, если не всех.

ѕоэтому они перешли к проверке того, что этот алгоритм заранее конфигурируетс€ эволюцией и развитием, а не выучиваетс€. ќни повторили описанные выше эксперименты, но с типом генетически модифицированных мышей, у которых не хватало NMDA-рецептора Ч главного выключател€, необходимого дл€ изменений сети, вызванных обучением.

”дивительно, но это математическое правило выполн€лось даже после удалени€ генов.

”читыва€, что нейроны у мышей без рецепторов NMDA не могут Ђактивироватьс€ вместе и переплетатьс€ вместеї, авторы исследовани€ сделали вывод, что теори€ св€занности коренным образом отличаетс€ от нашего нынешнего пон€ти€ пластичности: она не приобретаетс€, а €вл€етс€ врожденной.

» что теперь?

“зин считает, что эту теорию можно немедленно использовать дл€ пересмотра данных о том, как воспоминани€ физически хран€тс€ в мозге, и она теоретически может пролить свет на то, как болезни и про€влени€ старости вли€ют на мозг на клеточном уровне.

„итайте также: ”чЄным вырастили человеческий эмбрион в лаборатории

Ѕлагодар€ хорошо описанному алгоритму, готовому к проверкам, теори€ может также вдохновить нейроморфные вычислени€, научить искусственные схемы извлекать знани€ и про€вл€ть гибкое поведение...

≈ще по теме

”ченые перепрограммируют клетки мозга дл€ лечени€ болезни ѕаркинсона

”ченые перепрограммируют клетки мозга дл€ лечени€ болезни ѕаркинсона

11-04-2017, 14:58
”дивительные открыти€: человеческий мозг может работать в 100 раз лучше

”дивительные открыти€: человеческий мозг может работать в 100 раз лучше

1-04-2017, 00:23
”ченые √арварда вырастили искусственный мозг

”ченые √арварда вырастили искусственный мозг

21-01-2017, 23:44
”ченые из Ќижнего Ќовгорода вырастили искусственный мозг

”ченые из Ќижнего Ќовгорода вырастили искусственный мозг

1-12-2016, 08:24
”ченые: Ќейроны способны запоминать пройденное рассто€ние

”ченые: Ќейроны способны запоминать пройденное рассто€ние

22-09-2016, 15:01
”ченые: Ќейроны вместе запоминают пройденное рассто€ние

”ченые: Ќейроны вместе запоминают пройденное рассто€ние

22-09-2016, 11:18
Ќаука

–едактор раздела Ќаука
Ќаписать на e-mail