MIT: Aivot käyttävät samoja hermopiirejä eri tehtäviin

MIT:n neurotieteilijät ovat löytäneet ensimmäiset todisteet siitä, että aivot käyttävät joustavia, monikäyttöisiä hermomoduuleja: etuotsalohkon hermosoluryhmittymiä, jotka voivat vaihdella aistitiedon ja toimintasuunnitelmien tallentamisen välillä työmuistissa sen sijaan, että ne tukeutuisivat kullekin tehtävälle varattuihin omiin hermopiireihinsä.

Kognitiiviset rakennuspalikat

Maanantaina Nature Neuroscience -lehdessä julkaistut tulokset ovat seurausta MIT:n Picower-instituutin (Picower Institute for Learning and Memory) Mriganka Surin ja Princetonin neurotieteen instituutin Timothy Buschmanin yhteistyöstä. Päätutkija Yuma Osako, MIT:n tutkijatohtori, kuvaili keskeistä löydöstä: "Aivot eivät varaa erillistä hermosoluryhmää jokaiselle tietotyypille. Sen sijaan ne käyttävät samoja hermosolupopulaatioita suorittamaan saman laskennan erilaisille tiedoille."news.mit+1

Tutkimusryhmä koulutti hiiriä viivästettyyn vertailutehtävään, jossa niiden piti määrittää, olivatko kaksi ääntä samankorkuisia, ja vastata sen mukaisesti. Rekisteröimällä sähköisiä impulsseja tuhansista hermosoluista tehtävän aikana tutkijat tunnistivat erillisiä hermosolujen alatiloja, eli useiden hermosolujen koordinoituja aktiivisuusmalleja, jotka liittyvät ärsykkeiden käsittelyyn ja muistin ylläpitoon.bioengineer

Päälakilohkossa hermosolut näyttivät olevan varattuja äänien aistimuistojen tallentamiseen. Mutta etuotsalohkossa hermosoluryhmä vaihtoi roolia tehtävän vaiheen mukaan: äänien välisen viiveen aikana ne tallensivat aistimuistoa, ja toisen äänen jälkeen ne säilyttivät eläimen toimintasuunnitelmaa.sflorg+1

Hiiristä koneisiin

Tutkijat vahvistivat löydöksensä käyttämällä keinotekoisia takaisinkytkettyjä neuroverkkoja, joita rajoitettiin hiiristä saadulla datalla. Kun he simuloivat tiettyjen hermosoluryhmien hiljentämistä, yhden ryhmän häiritseminen esti tietyn laskutoimituksen mutta jätti muut ennalleen, mikä on linjassa erikoistuneiden mutta kierrätettävien moduulien kanssa.bioengineer

Buschman vertasi järjestelyä "kognitiivisiin Legoihin", joita voidaan yhdistellä joustavasti uusien käyttäytymismallien luomiseksi. "Tämä tarkoittaa, ettei sinun tarvitse rakentaa kokonaan uutta piiriä tiedon pitämiseksi mielessä joka kerta, kun haluat oppia uuden tehtävän", hän sanoi.news.mit

Vaikutukset kognitioon ja tekoälyyn

Löydös tarjoaa viitekehyksen sen ymmärtämiselle, miten eläimet suorittavat monimutkaisia tehtäviä muuttuvissa olosuhteissa rajallisella määrällä hermosoluja. Jos kognitiiviset toiminnot rakentuvat kierrätettävistä moduuleista, uuden tehtävän oppiminen voi tarkoittaa moduulien välisten yhteyksien muuttamista sen sijaan, että rakennettaisiin kokonaan uusia piirejä. Seuraavaksi tutkijat aikovat selvittää, vaikuttaako näiden moduulien estäminen tehtävän eri vaiheissa käyttäytymiseen, mikä voisi vahvistaa niiden syy-seuraussuhteen joustavassa kognitiossa.news.mit+1

Työtä rahoittivat National Institutes of Health, Picower Institute Innovation Fund ja useat kansainväliset apurahat.sflorg