ПРОУЧВАНЕТО ОТМЕНЯ ВЕКОВНАТА ТЕОРИЯ ЗА МОЗЪЧНОТО ОБУЧЕНИЕ

В продължение на десетилетия учените смятаха, че ученето се случва в синапси или многобройните кръстовища между мозъчните клетки. Но сега, ново проучване предполага, че ученето се случва в няколко дендрита, клонове, които захранват входа на мозъчната клетка или неврона.

Резултатите от ново проучване предлагат съвсем нова представа за мозъчното обучение.

В статия, която сега е публикувана в списанието Научни доклади, авторите описват как са стигнали до това заключение след изучаване на компютърни модели на неврони и клетъчни култури.

В обширната невронна мрежа на мозъка невроните се държат като миниатюрни микрочипове, които поемат входовете чрез своите дендрити и - когато са постигнати определени условия - създават изходи, използвайки своите аксони.

Аксоните от своя страна са свързани с дендритите на други неврони чрез връзки, наречени синапси. Има много повече синапси на неврон от дендритите.

Значителен резултат от новото изследване е, че тъй като предлага обучението да се извършва в дендрити, а не в синапси, параметрите на обучение за всеки неврон са много по-малко, отколкото се смяташе досега.

„В този нов дендритен процес на обучение,“ отбелязва старшият автор на изследването проф. Идо Кантер, от Интердисциплинарния център за изследване на мозъка в Гонда към Университета Бар-Илан в Израел, „има няколко адаптивни параметъра на неврон в сравнение с хиляди малки и чувствителни в синаптичния учебен сценарий. "

Ученето се случва по-бързо, отколкото предполагахме

Друг важен резултат от новото проучване е, че процесът на обучение се случва много по-бързо в новия дендритен модел, отколкото традиционния синаптичен модел.

Резултатите могат да имат важни последици за лечението на мозъчни разстройства и проектирането на компютърни приложения - като „алгоритми за дълбоко обучение“ и изкуствен интелект - които се основават на имитиране на начина, по който мозъкът работи.

Изследователите очакват, че в случая на последното, тяхното проучване отваря вратата към дизайна на по-усъвършенствани функции и много по-бързи скорости на обработка.

Традиционният синаптичен модел на обучение се корени в новаторската работа на Доналд Хеб, публикувана през 1949 г. в книгата Организацията на поведението.

Този модел, който проф. Кантер и колегите му наричат „обучение чрез връзки“, предлага „параметрите на обучение“, които се променят по време на процеса на обучение, да отразяват броя на синапсите или връзките на неврон, които са изчислителните единици в невронната мрежа.

‘Учене по възли’

В новия си модел - който те наричат „обучение по възли“ - изследователите предлагат параметрите на обучение да отразяват не броя на синапсите, които има много на неврон, а броя на дендритите или възлите, от които има са само няколко на неврон.

Следователно, те обясняват, „в мрежа от свързващи неврони“, броят на параметрите за обучение на неврон в синаптичния модел е „значително по-голям“ от броя в дендритния модел.

Основната цел на тяхното проучване беше да се сравнят „кооперативните динамични свойства между синаптични (връзка) и дендритни (възлови) сценарии на обучение.“

Авторите на изследването заключават, че техните резултати „категорично показват, че по-бърз и подобрен процес на обучение се случва в невроналните дендрити, подобно на това, което в момента се приписва на синапсите“.

Слабите синапси играят ключова роля в ученето

Друго съществено откритие на изследването е, че изглежда, че слабите синапси, които представляват по-голямата част от мозъка и за които се смята, че играят незначителна роля в ученето, всъщност са много важни.

Авторите отбелязват, че „динамиката се противопоставя главно на слабите връзки“.

Изглежда, че в дендритния модел слабите синапси карат параметрите на обучение да се колебаят, вместо да преминават към „нереалистични фиксирани крайности“, както е в синаптичния модел.

Проф. Кантер обобщава резултатите, като прави сравнения с това как трябва да измерваме качеството на въздуха.

„Има ли смисъл“, пита той, „да измерваме качеството на въздуха, който дишаме, чрез много малки, отдалечени сателитни сензори на кота на небостъргач или чрез използване на един или няколко сензора в непосредствена близост до носа?“