Pētījums apgāž seno smadzeņu mācīšanās teoriju
Gadu desmitiem zinātnieki domāja, ka mācīšanās notiek sinapsēs vai daudzos savienojumos starp smadzeņu šūnām. Bet tagad jauns pētījums ierosina, ka mācīšanās notiek dažos dendritos, zaros, kas baro smadzeņu šūnas ievadi vai neironus.
Papīrā, kas tagad publicēts žurnālā Zinātniskie ziņojumi, autori apraksta, kā viņi nonāca pie šāda secinājuma, pētot neironu un šūnu kultūru datormodeļus.
Plašajā smadzeņu neironu tīklā neironi izturas kā niecīgas mikroshēmas, kas caur dendrītiem ievada ieejas un, sasniedzot noteiktus nosacījumus, izveido izvadi, izmantojot savus aksonus.
Savukārt aksoni ir savienoti ar citu neironu dendritiem, izmantojot saites, kuras sauc par sinapsēm. Sinapses uz vienu neironu ir daudz vairāk nekā dendrītu.
Nozīmīgs jaunā pētījuma rezultāts ir tāds, ka, tā kā tiek ierosināts, ka mācīšanās notiek dendritos, nevis sinapsēs, katra neirona mācību parametri ir daudz mazāki, nekā tika domāts iepriekš.
"Šajā jaunajā dendrīta mācību procesā," atzīmē vecākais pētījuma autors prof. Ido Kanters no Gondas starpdisciplinārā smadzeņu pētījumu centra Bar-Ilan universitātē Izraēlā, "katram neironam ir daži adaptīvi parametri, salīdzinot ar tūkstošiem mazu un sinaptiskās mācīšanās scenārijā. ”
Mācīšanās notiek ātrāk, nekā mēs domājām
Vēl viens svarīgs jaunā pētījuma rezultāts ir tāds, ka mācīšanās process jaunajā dendrīta modelī notiek daudz ātrāk nekā tradicionālais sinaptiskais modelis.
Rezultātiem var būt nozīmīga ietekme uz smadzeņu traucējumu ārstēšanu un datoru lietojumprogrammu, piemēram, “dziļo mācību algoritmu” un mākslīgā intelekta, dizainu, kuru pamatā ir smadzeņu darbības veida atdarināšana.
Pētnieki paredz, ka pēdējā gadījumā viņu pētījums paver iespējas attīstītāku funkciju un daudz ātrāka apstrādes ātruma izstrādei.
Tradicionālais sinaptiskais mācīšanās modelis sakņojas Donalda Heba pionieru darbā, kas tika publicēts 1949. gadā grāmatā Uzvedības organizācija.
Šis modelis, kuru prof. Kanters un viņa kolēģi dēvē par “mācīšanos ar saitēm”, ierosina, ka “mācīšanās parametri”, kas mainās mācīšanās procesā, atspoguļo sinapses jeb saišu skaitu uz neironu, kas ir skaitļošanas vienības. neironu tīklā.
‘Mācīšanās ar mezgliem’
Savā jaunajā modelī, ko viņi dēvē par “mācīšanos ar mezgliem”, pētnieki ierosina, ka mācīšanās parametri atspoguļo nevis sinapses skaitu, kuru katrā neironā ir daudz, bet gan dendrītu vai mezglu skaitu, no kuriem ir tikai daži uz vienu neironu.
Tāpēc viņi paskaidro: “savienojošo neironu tīklā” mācību parametru skaits uz neironiem sinaptiskajā modelī ir “ievērojami lielāks” nekā skaitlis dendrīta modelī.
Viņu pētījuma galvenais mērķis bija salīdzināt “sadarbības dinamiskās īpašības starp sinaptisko (saite) un dendrīta (mezglu) mācību scenārijiem”.
Pētījuma autori secina, ka viņu rezultāti "stingri norāda, ka ātrāks un uzlabots mācību process notiek neironu dendritos, līdzīgi tam, kas pašlaik tiek attiecināts uz sinapsēm".
Mācībās galvenā loma ir vājām sinapsēm
Vēl viens nozīmīgs pētījuma atklājums ir tāds, ka šķiet, ka vājas sinapses, kas veido lielāko daļu smadzeņu un kurām, domājams, ir mazsvarīga loma mācībās, patiesībā ir ļoti svarīgas.
Autori atzīmē, ka “dinamiku pretintuitīvi galvenokārt vada vājās saites”.
Šķiet, ka dendrīta modelī vājas sinapses liek mācīšanās parametriem svārstīties, nevis pāriet uz “nereālām fiksētām galējībām”, kā tas ir sinaptiskajā modelī.
Prof. Kanters apkopo rezultātus, salīdzinot tos ar to, kā mums vajadzētu izmērīt gaisa kvalitāti.
"Vai tam ir jēga," viņš jautā, "lai izmērītu gaisa kvalitāti, ko mēs elpojam, izmantojot daudzus sīkus, tālu satelīta sensorus debesskrāpja augstumā vai izmantojot vienu vai vairākus sensorus deguna tuvumā?"
"Līdzīgi neironam ir efektīvāk novērtēt ienākošos signālus tuvu tā skaitļošanas vienībai - neironam."
Profesors Ido Kanters
