Корень ума возможно заключен в одном уравнении

    По воззрению врача Джо Тзина, ведущего нейробиолога в Институте Августы в Джорджии, ключ к уму покоится в одном простейшем, беспритязательном уравнении: N = 2i – 1. В базе теории связанности Тзина покоится описание тамошнего, как только наши млрд нейронов гибко собираются не совсем только с образованием познаний, да и кристаллизацией концепций и экстраполирования изученных мыслях, также рассуждения об вещах, которых мы гораздо и не испытали.

    «Интеллект в собственной базе заключается в неопределенности и нескончаемых возможностях», разговаривает Тзин.

    Ежели вы недоверчиво уставились на уравнение, вы и не одиноки. Теория кажется так очевидной, что ее не сложно отмести как только еще одну попытку разгадать нейронный код — лишь теория, без доказательств.

    Однако в новейшей работе, размещенной в Frontiers in Systems Neuroscience, Тзин и его команда проверили собственную теорию в ряде тестов с звериными и узнали, что она производится для семи разнообразных областей головного мозга, определяя базисные поведенческие опции, этакие как только кормление, память и ужас.

    И простота гораздо и не самый шокирующий нюанс идеи Тзина.

    Что еще больше спорно, теория сходится личиком к личику с базовым учением в нейробиологии: клеточки, кои активизируются совместно, совместно и связываются.

    Эта вековая мысль так обширно общепринята, что полностью может считаться догмой. Она говорит, что когда нейроны активизируются совместно, кодируя объект, концепцию либо впечатление, них взаимосвязи укрепляются. Ежели какая-либо часть сего ансамбля активизируется в дальнейшем, она поднимает из памяти тотальное впечатление. То есть, клеточки активизируются произвользым образом, однако сливаются неслучайно в ходе обучения.

    На базовом уровне переплетения головного мозга глубоко укоренены.

    По воззрению Тзина, эта теория имеет смысл как только исходя из убеждений клеток, эдак и расчетов, однако «прекрасным образом расплывается».

    Со собственной стороны, Тзин полагает, что головной мозг ишачит на основе заблаговременно запрограммированных и сохраненных сетей. Эти паутине и не выучиваются; заместо сего они состоят из заблаговременно установленных нейронных сетей, связанных в согласовании с примитивным математическим принципом.

    То есть, на базовом уровне переплетения головного мозга глубоко укоренены — эти мотивы, установленные генетикой, лежат глубоко в базе нашей навыки извлекать черты, отыскивать связи, извлекать абстрактные познания и, в конечном счете, рассуждать.

    «На мой взор, Джо Тзин дает увлекательную идею об принципах организации головного мозга, и она подтверждается интригующим и убедительным доказательством», разговаривает целитель Томас Зюдхоф, нейробиолог Стэнфордского вуза и лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине 2013 года. «Эту идею стоит ли проверить».

    Теория связанности

    Тзин и не понаслышке знаком с исследовательскими работами ума.

    Работая в Принстонском институте 17 годов назад, Тзин оказался посреди первых, кто алгоритмом генетической инженерии сделал «умную мышь», которая скорее училась, подольше помнила и предпринимала сложноватые трудности в лабиринте скорее, чем ее нормальные собратья.

    Производство грызуны «Дуги», нареченной в честь умнейшего ребенка в телесериале Дуги Хаузер, навело ученых на идея: ежели изменение всего пары генов может кардинально сконфигурировать когнитивные навыки вне зависимости от обучения, может быть, эти научные исследования затрагивали фундаментальные переплетения головного мозга.

    Несколькими годами спустя, изучая, как только грызуны сформировывают различные типы ужасных впечатления, Тзин нашел, что клеточки в гиппокампе — центре памяти головного мозга —  варьировались в нраве активации.

    Некие клеточки активизировались в ответ на хоть какой тип ужасных обстоятельств — воздушный взрыв со спины (имитация атаки совы), встряску на манер землетрясения либо неожиданное вакантное падение. Альтернативные отвечали на подмножество обстоятельств, этакие как только тряска и падение, однако и не на воздушный взрыв. Альтернативные были еще больше придирчивыми, активизировались исключительно в ответ на зависящие от контекста действия, этакие как только землетрясение в светло-голубой, однако и не в бордовой комнате.

    При составлении карты нейроны сформировывали кластеры от специфичных к общим.

    «Зерно данной идеи привело к теории связанности», разговаривает Тзин.

    В ядре данной теории покоится формула N = 2i – 1, математическая логика переплетения во второй степени, которая иллюстрирует, как только нейронные паутине перебегают от специфичных к общим.

    Любая нейронная паутину именуется «кликой». Элементарная крика включает нейроны, получающие конкретный ввод. Вопреки обширно всераспространенному воззрению, что отдельные нейроны являются главный вычислительной единицей головного мозга, Тзин разговаривает, что эту участие обязаны покупать на себя нейронные кластеры.

    «Это дозволяет системе избежать чертовского отказа в случае утраты единого нейрона», поясняет Тзин.

    Эти ординарные нейронные крики потом переплетаются в заглавные паутине, кои именуются functional connectivity motifs (FCM) в согласовании с N = 2i – 1. В данной формуле N — это число нейронных клик, соединенных разнообразными путями, и i — типы инфы, которую они приобретают.

    К примеру, скажем, у вас существуют звериное, которое намерено еды и самок (i = 2). Как следует, нужны три нейронных крики (N = 2 x 2 — 1), дабы полностью удовлетворить его потребности.

    «По этому уравнению каждый FCM обязан состоять из тотального набора нейронных клик, кои извлекают и возделывают разнообразные вводы комбинаторным образом», разговаривает Тзин.

    Объединяя эти схемы, головной мозг может производить новейшие идеи и мнения об мире, разговаривает Тзин. В неком роде это же вроде разборки и компоновки кубиков LEGO во все новейшие структуры. Для звериного, которое имеет дело с наиболее сложноватыми вводными, любая нейронная крика возделывает различные критерии поступающей инфы. Совместно они переплетаются с образованием наиболее больших блоков, могущих возделывать вводные заданные наиболее высочайшего уровня.

    Эти блоки заблаговременно программируются, а уж и не разучиваются, и, по воззрению Тзина, являются основными вычислительными кирпичиками головного мозга.

    Таким макаром, головной мозг может воспринимать информацию и превращать композиции отдельных частей, этаких как только «землетрясение» и «ландшафт», в наиболее общие познания, этакие как только «природные катаклизмы».

    Так как нейронные паутине ишачят конкретно эдак, они образуют схемы, кои умеют отыскивать общие схемы в самых различных сортах инфы. Совмещая эти схемы, головной мозг может выстраивать новейшие идеи и концепции об мире, разговаривает Тзин. В неком роде это же гибкое комбинирование кубиков LEGO с образованием новеньких структур.

    Проверка теории

    Ежели головной мозг вправду ишачит по формуле N = 2i — 1, эта теория обязана производиться для пары типов когнитивных задач. Дабы проверить идею, ученые снабдили грызунов массивами электродов, дабы слушать них нейронные дискуссии.

    В одном из тестов ученые придали зверям комбинацию из четверых разнообразных типов еды — обычный корм, сладкие гранулки, капли риса и обезжиренного молока. Согласно теории, грызуны обязаны иметь 15 (N = 24 — 1) нейронных клик, дабы полностью представлять каждый тип еды и них разнообразные композиции.

    Вот что они узнали.

    При записи активности миндалины, области головного мозга, которая возделывает эмоции, некие нейроны отзывались на все про все облики еды, альтернативные же были наиболее избирательны. Собираясь в кластеры для предстоящей активности, они сформировали 15 клик — в точности как только и предвещала теория.

    В альтернативном опыте, ориентированном на пуск ужаса, зверях подвергали четырем чудовищным сценариям: неожиданному взрыву воздуха, землетрясению, нежданному вакантному падению либо удару током в бедра. Сейчас записи из области коры мозга, которая отвечает за ужас, тоже выявили 15 клеточных клик.

    Подобные результаты были получены и в остальных областях головного мозга — в общей трудности из семи различных областей. Приметное исключение явили дофаминовые нейроны в цепочке вознаграждений, кои имеют тенденцию активироваться в двоичной манере, кодируя этакие понятия, как только ладно либо никудышно.

    Это же разговаривает об фолиант, что уравнение ишачит для почти всех когнитивных устройств, ежели и не любых.

    Потому они перебежали к проверке тамошнего, что этот метод заблаговременно изменяется эволюцией и развитием, а уж и не выучивается. Они повторили описанные свыше опыты, однако с типом на генном уровне измененных грызунов, у каких и не хватало NMDA-рецептора — главного выключателя, нужного для конфигураций паутине, вызванных обучением.

    Изумительно, однако это же математическое царило производилось даже опосля удаления генов.

    Беря во внимание, что нейроны у грызунов без рецепторов NMDA и не умеют «активироваться совместно и переплетаться вместе», создатели научные исследования пришли к выводу, что теория связанности коренным образом различается от нашего сегодняшнего понятия пластичности: она и не приобретается, а уж является прирожденной.

    И что сейчас?

    Тзин полагает, что эту теорию можно немедля применять для пересмотра заданных об фолиант, как только впечатления на физическом уровне хранятся в головном мозге, и она на теоретическом уровне может пролить свет на то, как только заболевания и проявления старости оказывают влияние на головной мозг на клеточном уровне.

    Благодаря ладно описанному методу, готовому к проверкам, теория может а также воодушевить нейроморфные вычисления, обучить искусственные схемы извлекать познания и проявлять гибкое поведение.