MIT: Mozek využívá stejné neuronové obvody pro různé úkoly

Neurovědci z MIT objevili první důkazy o tom, že mozek využívá flexibilní, víceúčelové neuronové moduly. Jde o shluky neuronů v prefrontální kůře, které dokážou v pracovní paměti přepínat mezi ukládáním smyslových informací a akčních plánů, místo aby se spoléhaly na vyhrazené obvody pro každý úkol zvlášť.

Kognitivní stavební kameny

Výsledky publikované v pondělí v časopise Nature Neuroscience jsou výsledkem spolupráce mezi Mrigankou Surem z Picowerova institutu pro učení a paměť při MIT a Timothym Buschmanem z Princeton Neuroscience Institute. Hlavní autor Yuma Osako, postdoktorand na MIT, popsal klíčový objev slovy: „Mozek nevyhrazuje samostatnou skupinu neuronů pro každý typ informace. Místo toho využívá stejné populace neuronů k provádění stejných výpočtů s různými druhy informací.“news.mit+1

Tým vycvičil myši na úkol s odloženým porovnáváním vzorků, při kterém musely určit, zda mají dva tóny stejnou výšku, a následně adekvátně reagovat. Zaznamenáváním elektrických impulzů z tisíců neuronů během tohoto úkolu vědci identifikovali odlišné neuronové subprostory, tedy koordinované vzorce aktivity napříč mnoha neurony, spojené se zpracováním podnětů a uchováváním paměti.bioengineer

V parietální kůře se neurony zdály být vyhrazeny pro ukládání smyslových vzpomínek na tóny. V prefrontální kůře však shluk neuronů měnil svou roli v závislosti na fázi úkolu: během pauzy mezi tóny uchovával smyslovou paměť a po druhém tónu držel akční plán zvířete.sflorg+1

Od myší ke strojům

Vědci své závěry ověřili pomocí umělých rekurentních neuronových sítí modelovaných na základě dat získaných od myší. Když simulovali utlumení specifických neuronových shluků, narušení jednoho shluku narušilo konkrétní výpočet, zatímco ostatní zůstaly nedotčeny, což odpovídá specializovaným, ale opakovaně použitelným modulům.bioengineer

Buschman přirovnal toto uspořádání ke „kognitivnímu Legu“, které lze flexibilně kombinovat a vytvářet tak nové vzorce chování. „To znamená, že nemusíte stavět celý nový obvod pro uchovávání informací v mysli pokaždé, když se chcete naučit nový úkol,“ uvedl.news.mit

Důsledky pro kognici a AI

Objev nabízí rámec pro pochopení toho, jak zvířata vykonávají složité úkoly v měnících se podmínkách s konečným počtem neuronů. Pokud jsou kognitivní operace sestaveny z opakovaně použitelných modulů, může učení se novému úkolu spočívat spíše v úpravě propojení modulů než v budování zcela nových obvodů. Vědci plánují v dalším kroku zkoumat, zda potlačení těchto modulů v různých fázích úkolu ovlivňuje chování, což by mohlo potvrdit jejich příčinnou roli ve flexibilním myšlení.news.mit+1

Práce byla financována Národním institutem zdraví (NIH), Inovačním fondem Picowerova institutu a několika mezinárodními stipendii.sflorg