Podle nové studie je mozková kůra rozhodující strukturou pro lidskou inteligenci
Foto: PixabayNeokortex, který je rozhodující strukturou pro lidskou inteligenci, má tloušťku necelých pět milimetrů. V ní, ve vnější vrstvě mozku, zpracovává 20 miliard neuronů nespočet smyslových vjemů, plánuje činnosti a tvoří základ našeho vědomí.
Jak tyto neurony zpracovávají všechny tyto složité informace? To do značné míry závisí na tom, jak jsou vzájemně „propojeny“.Když myšlenky plynou jedním směrem
Podle článku publikovaného v časopise Eureca Alert, vědci zjistili, že lidské neurony komunikují jedním směrem, zatímco u myší mají signály tendenci proudit ve smyčkách.
To zvyšuje efektivitu a kapacitu lidského mozku při zpracování informací. Tyto objevy by mohly přispět k dalšímu vývoji umělých neuronových sítí. Takové jsou závěry nové studie provedené na Charité, Universitätsmedizin Berlin.
Foto: © Charité | Jangfan Peng / Tiskový zdrojExperimentální uspořádání pro experimenty s více pacienty, které zaznamenávají aktivitu až deseti neuronů.
Složitější neokortex (kůra mozková) = odlišné zpracování informací
Lidský neokortex je mnohem silnější a složitější než myší. Přesto vědci dříve předpokládali, částečně kvůli nedostatku dat, že se řídí stejnými základními principy propojení. Tým vědců z Charité pod vedením Geigera nyní pomocí výjimečně vzácných vzorků tkání a nejmodernější technologie prokázal, že tomu tak není.
„Naše dosavadní poznatky o neurální architektuře v mozkové kůře vycházejí především z poznatků získaných na zvířecích modelech, jako jsou myši,“ vysvětluje profesor Jörg Geiger, ředitel Institutu pro neurofyziologii na Charité. V těchto modelech spolu sousední neurony často komunikují, jako by spolu vedly dialog. Jeden neuron dává signál druhému a ten mu ho posílá zpět. To znamená, že informace často proudí v rekurentních smyčkách.“
Chytrá metoda odposlechu neuronové komunikace
V rámci studie vědci zkoumali mozkovou tkáň 23 osob, které podstoupily neurochirurgický zákrok na Charité při léčbě epilepsie rezistentní na léky. Při operaci bylo z lékařského hlediska nutné odstranit mozkovou tkáň, aby byl umožněn přístup k nemocným strukturám pod ní. Pacienti souhlasili s použitím této přístupové tkáně pro výzkumné účely.
Aby mohl tým pozorovat toky signálů mezi sousedními neurony v nejsvrchnější vrstvě lidské mozkové kůry, vyvinul vylepšenou verzi techniky, která je známá jako „multipatch“. Ta výzkumníkům umožnila naslouchat komunikaci probíhající mezi až deseti neurony najednou (podrobnosti viz „O metodě“). Díky tomu byli schopni provést potřebný počet měření pro zmapování sítě v krátkém čase, než buňky ukončily svou činnost mimo tělo. Celkem analyzovali komunikační kanály mezi téměř 1 170 neurony s přibližně 7 200 možnými spojeními.
Zjistili, že pouze malá část neuronů se zapojila do vzájemného dialogu. „U lidí mají informace tendenci proudit jedním směrem. Málokdy se vrací do výchozího bodu buď přímo, nebo prostřednictvím cyklů,“ vysvětluje Dr. Yangfan Peng, první autor publikace. Pracoval na studii v Ústavu pro neurofyziologii a nyní sídlí na Klinice neurologie a Neuroscience Research Center v Charité.
Ekonomický vzor pro AI?
„Řízená síťová architektura, kterou vidíme u lidí, je výkonnější a šetří zdroje, protože více nezávislých neuronů může zvládat různé úkoly současně,“ vysvětluje Peng. „To znamená, že místní síť může uložit více informací.
V minulosti vývojáři umělé inteligence hledali inspiraci v biologických modelech při navrhování umělých neuronových sítí, ale také optimalizovali své algoritmy nezávisle na biologických modelech.
„Mnoho umělých neuronových sítí již využívá určitou formu této dopředně orientované konektivity, protože pro některé úkoly přináší lepší výsledky,“ říká Geiger. „Je fascinující vidět, že podobný síťový princip vykazuje také lidský mozek. Tyto poznatky o nákladově efektivním zpracování informací v lidské mozkové kůře by mohly poskytnout další inspiraci pro zdokonalování sítí AI.“
Článek byl upraven z tiskové zprávy AAAS, vědecká studie byly publikována v časopise Science: Peng Y. a kol., 2024, 18. dubna.
O metodě
Když se provádí operace k léčbě lékové rezistence nebo refrakterní epilepsie, je často z lékařského hlediska nutné odstranit mozkovou tkáň. K prozkoumání této cenné tkáně pro studii, která byla právě publikována, byl vyžadován výslovný souhlas pacientů. Výzkumná skupina je hluboce vděčná pacientům za jejich souhlas.
