ŠTúDIA PREVRACIA PRASTARú TEóRIU UČENIA MOZGU

Po celé desaťročia si vedci mysleli, že učenie sa deje v synapsách alebo v mnohých spojeniach medzi mozgovými bunkami. Teraz však nová štúdia navrhuje, aby sa učenie uskutočňovalo u niekoľkých dendritov, vetví, ktoré napájajú vstupy do mozgovej bunky alebo neurónu.

Výsledky novej štúdie ponúkajú úplne nový pohľad na učenie mozgu.

V článku, ktorý je teraz uverejnený v časopise Vedecké správy, autori popisujú, ako k tomuto záveru dospeli po štúdiu počítačových modelov neurónov a bunkových kultúr.

V rozsiahlej neurálnej sieti mozgu sa neuróny správajú ako malé mikročipy, ktoré prijímajú vstupy prostredníctvom svojich dendritov a - pri dosiahnutí určitých podmienok - vytvárajú výstupy pomocou svojich axónov.

Axóny sú zase spojené s dendritmi iných neurónov prostredníctvom odkazov nazývaných synapsie. Na neurón je oveľa viac synapsií ako dendritov.

Významným výsledkom nového výskumu je, že pretože sa navrhuje, aby sa učenie uskutočňovalo v dendritoch a nie v synapsiach, sú parametre učenia pre každý neurón oveľa menšie, ako sa doteraz myslelo.

„V tomto novom procese dendritického učenia,“ poznamenáva hlavný autor štúdie profesor Ido Kanter z Interdisciplinárneho centra pre výskum mozgu Gonda na univerzite Bar-Ilan v Izraeli, „existuje niekoľko adaptívnych parametrov na neurón v porovnaní s tisíckami malých a citlivých v scenári synaptického učenia. “

Učenie sa deje rýchlejšie, ako sme si mysleli

Ďalším dôležitým výsledkom novej štúdie je, že proces učenia sa v novom dendritickom modeli deje oveľa rýchlejšie ako v tradičnom synaptickom modeli.

Výsledky môžu mať dôležité dôsledky na liečbu mozgových porúch a návrh počítačových aplikácií, ako sú napríklad „algoritmy hlbokého učenia“ a umelá inteligencia, ktoré sú založené na napodobňovaní spôsobu fungovania mozgu.

Vedci predpokladajú, že v prípade druhého z nich ich štúdia otvára dvere k návrhu pokročilejších funkcií a oveľa vyšších rýchlostí spracovania.

Tradičný synaptický model učenia vychádza z priekopníckej práce Donalda Hebba, ktorá bola publikovaná v roku 1949 v knihe Organizácia správania.

Tento model, ktorý profesor Kanter a jeho kolegovia označujú ako „učenie pomocou odkazov“, navrhuje, aby „parametre učenia“, ktoré sa menia počas procesu učenia, odrážali počet synapsií alebo odkazov na neurón, ktoré sú výpočtovými jednotkami. v neurónovej sieti.

„Učenie podľa uzlov“

Vo svojom novom modeli, ktorý nazývajú „učenie pomocou uzlov“, vedci navrhujú, aby parametre učenia neodrážali počet synapsií, ktorých je na neurón veľa, ale počet dendritov alebo uzlov, ktorých je tu sú len niektoré na neurón.

Preto vysvetľujú: „v sieti spojovacích neurónov“ je počet parametrov učenia sa na neurón v synaptickom modeli „výrazne väčší“ ako počet v dendritickom modeli.

Hlavným účelom ich štúdie bolo porovnanie „kooperatívnych dynamických vlastností medzi synaptickými (link) a dendritickými (nodálnymi) scenármi učenia sa.“

Autori štúdie dospeli k záveru, že ich výsledky „výrazne naznačujú, že v neurónových dendritoch dochádza k rýchlejšiemu a zdokonalenému procesu učenia, podobne ako sa to v súčasnosti pripisuje synapsiam.“

Pri učení zohrávajú kľúčovú úlohu slabé synapsie

Ďalším významným zistením štúdie je, že sa zdá, že slabé synapsie, ktoré tvoria väčšinu mozgu a predpokladá sa, že pri učení hrajú nepodstatnú úlohu, sú skutočne veľmi dôležité.

Autori poznamenávajú, že „dynamika je neintuitívne riadená hlavne slabými väzbami.“

Zdá sa, že v dendritickom modeli slabé synapsie spôsobujú osciláciu parametrov učenia, a nie presun do „nerealistických fixných extrémov“, ako je to v synaptickom modeli.

Profesor Kanter sumarizuje výsledky porovnaním s tým, ako by sme mali merať kvalitu vzduchu.

„Má zmysel,“ pýta sa, „merať kvalitu vzduchu, ktorý dýchame, pomocou mnohých malých, vzdialených satelitných senzorov vo výške mrakodrapu alebo pomocou jedného alebo niekoľkých senzorov v tesnej blízkosti nosa?“