Studie převrací prastarou teorii učení mozku

Po celá desetiletí si vědci mysleli, že k učení dochází v synapsích nebo v četných spojích mezi mozkovými buňkami. Nyní však nová studie navrhuje, aby k učení došlo u několika dendritů, větví, které napájí vstupy do mozkové buňky nebo neuronu.

Výsledky nové studie nabízejí zcela nový pohled na učení mozku.

V článku, který je nyní publikován v časopise Vědecké zprávy, autoři popisují, jak k tomuto závěru dospěli po studiu počítačových modelů neuronů a buněčných kultur.

V obrovské neurální síti mozku se neurony chovají jako malé mikročipy, které přijímají vstupy prostřednictvím svých dendritů a - při dosažení určitých podmínek - vytvářejí výstupy pomocí svých axonů.

Axony jsou zase spojeny s dendrity jiných neuronů prostřednictvím odkazů nazývaných synapse. Na neuron je mnohem více synapsí než dendritů.

Významným výsledkem nového výzkumu je, že protože navrhuje, aby učení probíhalo v dendritech a nikoli v synapsích, jsou parametry učení pro každý neuron mnohem menší, než se dříve myslelo.

„V tomto novém procesu dendritického učení,“ poznamenává hlavní autor studie prof. Ido Kanter z Interdisciplinárního výzkumného centra mozku Gonda na univerzitě Bar-Ilan v Izraeli, „existuje několik adaptivních parametrů na neuron ve srovnání s tisíci drobných a citlivých ve scénáři synaptického učení. “

Učení probíhá rychleji, než jsme si mysleli

Dalším důležitým výsledkem nové studie je, že proces učení probíhá v novém dendritickém modelu mnohem rychleji než v tradičním synaptickém modelu.

Výsledky mohou mít důležité důsledky pro léčbu mozkových poruch a design počítačových aplikací - jako jsou „algoritmy hlubokého učení“ a umělá inteligence - které jsou založeny na napodobování způsobu fungování mozku.

Vědci předpokládají, že v případě druhé z nich jejich studie otevírá dveře k návrhu pokročilejších funkcí a mnohem vyšších rychlostí zpracování.

Tradiční synaptický model učení má kořeny v průkopnické práci Donalda Hebba, která byla publikována v roce 1949 v knize Organizace chování.

Tento model, který profesor Kanter a jeho kolegové označují jako „učení pomocí odkazů“, navrhuje, aby „parametry učení“, které se během procesu učení mění, odrážely počet synapsí neboli odkazů na neuron, což jsou výpočetní jednotky v neuronové síti.

„Učení podle uzlů“

Ve svém novém modelu - který označují jako „učení pomocí uzlů“ - vědci navrhují, aby parametry učení neodrážely počet synapsí, kterých je na neuron mnoho, ale počet dendritů nebo uzlů, kterých je zde je jen několik na neuron.

Vysvětlují proto, že „v síti spojujících neuronů“ je počet parametrů učení na neuron v synaptickém modelu „výrazně větší“ než počet v dendritickém modelu.

Hlavním účelem jejich studie bylo porovnat „kooperativní dynamické vlastnosti mezi synaptickými (link) a dendritickými (nodální) scénáři učení“.

Autoři studie dospěli k závěru, že jejich výsledky „silně naznačují, že v neuronových dendritech dochází k rychlejšímu a zdokonalenému procesu učení, podobně jako tomu, co se v současné době připisuje synapsím.“

Při učení hrají klíčovou roli slabé synapsie

Dalším významným zjištěním studie je, že se zdá, že slabé synapse, které tvoří většinu mozku a předpokládá se, že hrají při učení nevýznamnou roli, jsou ve skutečnosti velmi důležité.

Autoři poznamenávají, že „dynamika je neintuitivně řízena hlavně slabými vazbami.“

Zdá se, že v dendritickém modelu způsobují slabé synapse oscilující parametry učení, spíše než pohyb v „nerealistických fixních extrémech“, jako je tomu v synaptickém modelu.

Prof. Kanter shrnuje výsledky nakreslením srovnání s tím, jak bychom měli měřit kvalitu vzduchu.

"Má to smysl," ptá se, "měřit kvalitu vzduchu, který dýcháme, pomocí mnoha malých vzdálených satelitních senzorů ve výšce mrakodrapu nebo pomocí jednoho nebo několika senzorů v těsné blízkosti nosu?"

"Podobně je pro neuron efektivnější odhadovat jeho příchozí signály v blízkosti jeho výpočetní jednotky, neuronu."

Prof. Ido Kanter

none:  rehabilitace - fyzikální terapie bolesti těla fibromyalgie