Pierwiastek inteligencji może być zawarta w jednym równaniu

Zdaniem dr Joe Тзина, wiodącego нейробиолога na Uniwersytecie Августы w Georgii, klucz do inteligencji leży w jednym prostym, непритязательном równania: N = 2ⁱ – 1. W oparciu o teorii spójności Тзина leży opis tego, jak nasze miliardy neuronów elastycznie spotykają się nie tylko z tworzeniem wiedzy, ale i кристаллизацией koncepcji i экстраполирования studiujących pomysłów, a także rozważania o rzeczach, których jeszcze nie doświadczyli.

"Inteligencja w zasadzie polega na niepewności i nieskończonych możliwości", mówi Тзин.

Jeśli z niedowierzaniem spojrzeli na równanie, nie jesteś sam. Teoria wydaje się tak banalne, że łatwo ją odrzucić jako kolejną próbę rozwiązania нейронный kod — tylko teoria bez dowodów.

Ale w nowej pracy, opublikowanej w Frontiers in Systems Neuroscience, Тзин i jego drużyna sprawdzili swoją teorię w szeregu eksperymentów ze zwierzętami i okazało się, że jest ona wykonywana dla siedmiu różnych obszarów mózgu, określając podstawowe behawioralne funkcje, takie jak karmienie, pamięć i strach.

I łatwość jeszcze nie najbardziej szokującym aspektem pomysły Тзина.

Co jeszcze bardziej kontrowersyjne, teoria zbiega się twarzą w twarz z fundamentalną nauką w neurobiology: komórki, które są aktywowane razem, razem i połączone.

Ten stuletni pomysł jest tak powszechnie przyjęta, co może być uznane za dogmat. Głosi ona, że gdy neurony są uaktywniane razem, koduje obiekt, koncepcję lub wspomnienie, ich związku są wzmocnione. Jeśli jakakolwiek część tego zespołu jest aktywowany w przyszłości, ona podnosi z pamięci pełne wspomnienie. Innymi słowy, komórki aktywowane losowo, ale łączą się nieprzypadkowo w procesie uczenia się.

Na podstawowym poziomie splot mózgu głęboko zakorzenione.

Zdaniem Тзина, ta teoria ma sens zarówno z punktu widzenia komórki, jak i obliczeń, ale "piękny sposób rozmywa".

Ze swojej strony, Тзин uważa, że mózg działa na podstawie wcześniej zdefiniowanych i zapisanych sieci. Sieci te nie выучиваются; zamiast tego składają się one z góry ustalonych sieci neuronowych związanych zgodnie z prostym matematycznym zasadą.

Innymi słowy, na podstawowym poziomie splot mózgu głęboko zakorzenione — te motywy zainstalowane genetyka, leżą głęboko w oparciu o naszą zdolność wyodrębnić cechy, znaleźć relacje, usuwać streszczenie wiedzy i, ostatecznie, mówić.

"moim zdaniem Joe Тзин oferuje ciekawy pomysł na temat zasad organizacji mózgu, i ona potwierdza intrygujące i przekonujący dowód", mówi dr Thomas Зюдхоф, neurolog z uniwersytetu Stanforda i laureat nagrody Nobla w dziedzinie fizjologii i medycyny w 2013 roku. "Ten pomysł warto sprawdzić".

Teoria spójności

Тзин nie ze słyszenia zna badania inteligencji.

Pracuje na uniwersytecie Princeton 17 lat temu, Тзин znalazł się wśród pierwszych, którzy metodą inżynierii genetycznej stworzył "mądrą mysz", która szybciej studiował dłużej pamiętała i podjęcie wyzwania w labiryncie szybciej, niż jej zwykłe koledzy.

Tworzenie myszy "Łuku", nazwanej na cześć genialnego nastolatka w serialu doogie howser, nakłaniał naukowców na myśl: jeśli zmiana zaledwie kilku genów może radykalnie zmienić zdolności poznawcze niezależnie od nauki, być może badania te dotyczyły podstawowych splot mózgu.

Kilka lat później, podczas nauki, jak myszy tworzą różne typy przerażające wspomnienia, Тзин odkrył, że komórki w hipokampie — centrum pamięci mózgu — wahały się w charakterze aktywacji.

Niektóre komórki uruchamiane w odpowiedzi na wszelkiego rodzaju strasznych wydarzeń — powietrzny wybuch z tyłu (symulacja ataku sowy), drgania w sposób trzęsienia ziemi lub nagłe swobodnego spadania. Inni odpowiadali na podzbiór zdarzeń, takie jak drżenie i spadek, ale nie na powietrzny wybuch. Inne były jeszcze bardziej wybredni, uruchamiane tylko w odpowiedzi na zależne od kontekstu zdarzenia, takie jak trzęsienie ziemi w niebieski, ale nie w czerwonym pokoju.

Przy sporządzaniu mapy neuronów tworzyli skupiska od specyficznych ogólnych.

"Ziarno tej idei doprowadziło do teorii spójności", mówi Тзин.

W jądrze tej teorii leży formuła N = 2ⁱ – 1, logika matematyczna, splot w drugim stopniu, który ilustruje, jak sieci neuronowe przechodzą od specyficznych ogólnych.

Każda sieć neuronowa nazywa się "klikę". Prosta kliknięcia zawiera neurony, które otrzymują określony enter. Wbrew powszechnemu przekonaniu, że poszczególne neurony są główną jednostką obliczeniową mózgu, Тзин mówi, że tę rolę powinny przejąć neuronowe klastry.

"pozwala To na systemie uniknąć poważnej awarii w przypadku utraty jednego neuronu", wyjaśnia Тзин.

Te proste neuronowe kliknięcia następnie przeplatają się w duże sieci, które nazywane są functional connectivity motifs (FCM) zgodnie z N = 2ⁱ – 1. W tej formule N — to liczba neuronowych klik, połączonych różnymi metodami, i i — rodzaje informacji, które otrzymują.

Na Przykład, powiedzmy, że masz zwierzę, które chce żywności i kobiety (i = 2). Dlatego potrzebne są trzy neuronowych kliknięcia (N = 2 x 2 — 1), aby w pełni zaspokoić jego potrzeby.

"Według tego równania, każdy FCM musi składać się z pełnego zestawu neuronowych kliknięcie, które wydobywają i przetwarzają różne wejścia комбинаторным sposób", mówi Тзин.

Łącząc te schematy, mózg możetworzyć nowe pomysły i wyobrażenia o świecie, mówi Тзин. W pewnym sensie to trochę demontażu i montażu klocków LEGO we wszystkie nowe struktury. Dla zwierzęcia, który ma do czynienia z bardziej skomplikowanymi wprowadzenie, każda neuronowa kliknięcia przetwarza różne aspekty napływających informacji. Razem w parze z wykształceniem większych bloków, które mogą przetwarzać bodźce wyższego poziomu.

Te bloki z góry zaprogramowane, a nie разучиваются, i, zdaniem Тзина, są podstawowymi elementami obliczeniowymi mózgu.

W Ten sposób mózg może odbierać informacje i przekształcić kombinacji poszczególnych elementów, takich jak "trzęsienie ziemi" i "krajobraz", w bardziej ogólne wiedzy, takie jak "klęski żywiołowe".

Ponieważ sieci neuronowe działają dokładnie tak, tworzą schematy, które mogą znajdować ogólne schematy w różnych odmianach informacji. Łącząc te schematy, mózg może budować nowe pomysły i koncepcje o świecie, mówi Тзин. W pewnym sensie jest to elastyczne połączenie klocków LEGO z tworzeniem nowych struktur.

Sprawdzanie teorii

Jeśli mózg naprawdę działa według wzoru N = 2ⁱ — 1, teoria ta musi być wykonana dla wielu typów zadań poznawczych. Aby przetestować ten pomysł, naukowcy zaopatrzyli myszy tablicami elektrod, aby posłuchać ich neuronalne rozmowy.

W jednym z eksperymentów naukowcy zwierzętom kombinacji z czterech różnych rodzajów żywności — standardowy pokarm, cukrowe granulki, krople ryżu i chudego mleka. Według teorii, myszy muszą mieć 15 (N = 2⁴ — 1) neuronowych kliknięcie, aby w pełni przedstawić każdy rodzaj żywności i ich różne kombinacje.

To, co oni odkryli.

Podczas nagrywania aktywności migdałki, obszar mózgu, który przetwarza emocje, niektóre neurony odpowiedział na wszystkie rodzaje żywności, inne były bardziej selektywne. Jeśli wybierasz się w klastry w celu dalszej aktywności, tworzyli 15 click — tak jak przewidzial teoria.

W innym eksperymencie, skierowanym na uruchomienie strachu, zwierzęta poddano cztery przerażające scenariusze: nagłego wybuchu powietrza, trzęsienie ziemi, nieoczekiwane swobodnego spadku lub porażenie prądem elektrycznym w nogi. Tym razem nagrania z obszaru kory mózgowej, która jest odpowiedzialna za strach, też ujawniły 15 komórkowych klik.

Podobne wyniki uzyskano w innych obszarach mózgu — w sumie z siedmiu różnych dziedzin. Wyraźny wyjątek pokazywało дофаминовые neurony w łańcuchu nagród, które mają tendencję do aktywowany w binary sposób, koduje takie pojęcia, jak dobrze lub źle.

Mówi o tym, że równanie działa dla wielu poznawczych mechanizmów, jeśli nie wszystkich.

Dlatego przeszli do weryfikacji tego, że ten algorytm jest wstępnie skonfigurowany ewolucją i rozwojem, a nie выучивается. Powtarzali powyższe eksperymenty, ale z typem genetycznie zmodyfikowanych myszy, u których nie brakowało NMDA receptor — wyłącznika głównego, niezbędnego do zmian sieci, spowodowane nauką.

Niezwykle, ale to matematyczne reguły wykonywane nawet po usunięciu genów.

Biorąc pod uwagę, że neurony u myszy bez receptorów NMDA nie mogą być aktywowane razem i przeplatać razem", autorzy badania wyciągnęli wniosek, że teoria spójności w sposób zasadniczy różni się od naszego obecnego pojęcia plastyczności: ona nie jest sprzedawany, a jest wrodzona.

I co teraz?

Тзин uważa, że tę teorię można natychmiast użyć do rewizji danych o tym, jak wspomnienia są fizycznie przechowywane w mózg, i to teoretycznie może rzucić światło na to, jak choroby i objawy starości wpływają na mózg na poziomie komórkowym.

Dzięki dobrze opisanym algorytmem, gotowego do kontroli, teoria może również inspirować нейроморфные obliczenia, nauczyć sztuczne schematy czerpać wiedzę i być elastyczne zachowanie.