Våra hjärnor innehåller en grundläggande algoritm som låter oss inte bara känna igen katter i några bilder på Internet utan också utlöser den intelligens som gör oss till vilka vi är: intelligenta varelser, människor.
"Kärnan i våra komplexa hjärnberäkningar är relativt enkel matematisk logik", säger Dr. Joe Tsien, en neurovetenskaplig vid Georgia College of Medicine vid Augusta University. Han talar om sin "fusionsteori", den grundläggande principen för sammansättningen och förhållandet mellan våra miljarder neuroner.
"Intelligens handlar mycket om att arbeta med osäkerhet och oändliga möjligheter", säger Tsien. Det föds när en grupp av liknande nervceller bildar en mängd olika grupper som bearbetar grundläggande saker: känna igen mat, skydd, vänner och fiender. Dessa grupper sammanfaller sedan till funktionella anslutningsmotiv (FMP) för att hantera alla möjligheter till dessa grundläggande, till exempel att dra slutsatsen att ris är en del av en viktig livsmedelsgrupp som passar Thanksgiving som en sidrätter. Ju mer komplex tanken är, desto fler nervceller samlas i en grupp (eller "klick", som forskaren kallar det).
Detta innebär till exempel att vi inte bara känner igen kontorsstolen utan också kontoret där vi såg stolen, och vi vet att vi satt i den här stolen på detta kontor.
"Du vet att detta är ett kontor, oavsett om det är i ditt hem eller i Vita huset", säger Tsien och noterar att förmågan att begreppsmässigt förstå kunskap är en av de många saker som skiljer oss från datorer.
Tsien publicerade först sin teori i oktober 2015 i tidskriften Trends in Neuroscience. Nu har han och hans kollegor dokumenterat denna algoritm i sju olika områden i hjärnan associerade med dessa grundläggande saker som mat och rädsla hos möss och hamstrar. Deras motiv publicerades i tidskriften Frontiers in Systems Neuroscience.
"För att denna princip ska vara universell måste den fungera i många neurala kretsar, så vi valde sju olika regioner i hjärnan och plötsligt såg denna princip fungera i alla dessa områden", säger han.
Det verkar som om den mänskliga hjärnan inte kunde fungera utan den mest komplexa organisationen - det behövs sårt av 86 miljarder neuroner, trots att varje neuron kan ha tiotusentals synapser, och mellan alla dessa neuroner finns det biljoner interaktioner. Och ovanpå alla dessa otaliga kopplingar finns verkligheten av ett oändligt antal saker som var och en av oss, förmodligen, kan förstå och studera.
Kampanjvideo:
Neurovetenskapsmän och datorexperter har länge undrat hur hjärnan kan inte bara hålla specifik information, som en dator, utan också - till skillnad från till och med den mest moderna teknologin - att klassificera och sammanfatta information till abstrakt kunskap och begrepp.
”Många har länge antagit att det måste finnas en grundläggande designprincip från vilken intelligens strömmar och hjärnan utvecklas, som den dubbla DNA-spiralen och den genetiska koden som finns i alla organismer”, säger Tsien. "Vi kom fram till att hjärnan kan arbeta utifrån överraskande enkel matematisk logik."
Kärnan i Tjiens sammansatta teori är n = 2i-1-algoritmen, som bestämmer antalet grupper (eller "klick" som forskaren kallar dem) som behövs för en PMF, och som gör det möjligt för forskare att förutsäga antalet grupper som behövs för att känna igen livsmedelsalternativ, till exempel i ram för teoritestning.
N är antalet nervgrupper som är anslutna på alla möjliga sätt; 2 - betyder att neuroner i denna grupp tar emot eller inte tar emot input; jag är den information de får; -1 är matematikdelen, så att du kan överväga alla möjligheter.
För att testa teorin placerade de elektroder i ett område i hjärnan för att "lyssna" på nervcellernas svar eller handlingspotential och för att studera de unika vågformerna som genererats av dessa åtgärder. De gav djuren olika kombinationer av fyra olika livsmedel, som vanliga gnagarkakor, sockerkulor, ris och mjölk, och som förutsagt av anslutningsteorin kunde forskarna identifiera alla 15 olika grupper av neuroner som svarar på den potentiella variationen av matkombinationer.
Neurala klick verkar redan vara kopplade under hjärnans utveckling eftersom de visade sig omedelbart när matval gjordes. Denna grundläggande matematiska regel förblev nästan oförändrad även när NMDA-receptet för inlärning och minne stängdes av efter att hjärnan växte upp.
Forskare har också funnit att storlek har betydelse, för även om människans och djurs hjärnor har sex-skiktad cortex - det yttre skiktet av hjärnan som spelar en nyckelroll i högre hjärnfunktioner som inlärning och minne - ger den extra längsgående längden på den mänskliga hjärnan mer utrymme för klick och PMF., säger Tsien. Även om den totala omkretsen av elefantens hjärna definitivt är större än den mänskliga hjärnan, är de flesta av dess neuroner belägna i lillhjärnan, som är mycket mindre än hjärnbarken. Lillhjärnan är mer aktivt involverad i muskelkoordinering, vilket kan förklara smidigheten hos ett stort däggdjur med sin gigantiska storlek.
ILYA KHEL
