Nem ilyen egyszerű

A tudósok sokáig úgy képzelték el az emberi agyban található idegsejteket, mint egy rendszer pontszerű csomópontjait, melyek integrálják az elektromos jeleket és szimplán továbbítják őket. Ez az idegsejt-modell erősen korlátozta annak megértését, hogy mire képesek pontosan, és így az idegsejt-hálózatokat és az agy egészének működését sem érthettük meg igazán. Jött azonban egy tavalyi kutatás és mindent megváltoztatott.

A régi modell akadályozta a neuron-aktivitás pontos megértését az agykéregben és emellett hátrányosan érintette a számítástechnikát is, mivel jelentősen korlátozta a neuromorf számítási hálózatok fejlődését, melyek a félreértelmezett modellen alapultak. Az empirikus vizsgálatok most azt sugallják, hogy újra kell értelmeznünk a neurális információ-feldolgozást, sokkal összetettebb rendszerként kezelve azt, és nem biztos, hogy az új koncepciónak lesznek közvetlenül összevethető folyamatai a meglévő számítástechnikai technológiáinkkal.

Matthew Larkum professzor, a Humboldt Egyetem idegtudósa korábban sosem látott információfeldolgozó rendszert fedezett fel a neokortikális piramis idegsejtek neuronok egyetlen dendritjében (az idegsejt faágszerűen elágazó rövid nyúlványa), mely többfokozatú, skálás jelfeldolgozást mutatott az addig megfigyelt tipikusnak tartott "nyugalmi állapot/kisülés" kétállású működési profil helyett.

11 dimenziós agyi struktúrák

A dendritek az idegsejt sejtmembránjának faágszerűen elágazó rövid nyúlványai. Ezek felelősek azért, hogy fogadják az elektromos jeleket a szomszédos neuronok axonjaiból, és továbbítsák azokat a feldolgozásához. Az idegsejtek egyes osztályainak több ezer dendritje is lehet, és az összes szinapszis struktúra összegzésével egyetlen idegsejt akár 100 000 jelfeldolgozó valamint integráló kapcsolatot is létrehozhat, ami olyan kiterjedt hálózatot jelent, hogy az ilyen kapcsolatok modellezésénél a kutatócsoport 11 dimenziós matematikai egyenletekkel dolgozott.

A kutatások felfedték, hogy a dendrit sokkal több, mint az elektromos jelek egyszerű receptora és integrátora. Létezik egy olyan komplex szinaptikus architektúra, amely olyan feldolgozási teljesítménnyel ruházza fel a dendriteket, melyet csak egy többrétegű neurális hálózattól várnánk, vagyis

a dendrit önmagában képes komplex számításokat végrehajtani, és ezért egyetlen idegsejt több szálú, párhuzamosan zajló információ-feldolgozási teljesítménye messze meghaladja azt amit eddig feltételeztünk róla.

Nyilvánvaló hibák

Sejthető volt, hogy a hagyományos neuron-modellel gondok vannak, hiszen az úgy kezelte az idegsejtet, mintha egy pontszerű "ki és bekapcsológép" lenne, valamiféle egyszerű kapu. Ez a modell számos jelenség magyarázatával adós maradt, a legegyszerűbbként említhetőként például arra sem adott választ, hogy amennyiben az adott neuronba beáramló több ezer bemeneti jel mindegyike különböző kimeneti helyeken távozott a különböző dendritjei mentén, akkor miféle mechanizmus határozta meg az egyes elektromos impulzusok pontos útját és minek alapján végezte el ezt a feladatot. Ráadásul az egyes dendritek is köztudottan eltérően működhetnek egymástól, ami szintén magyarázat nélkül maradt. 

A kutatás eredményei messzire vezethetnek és alapvetően átalakíthatják a mesterséges neurális hálózatokat az élő szervezetek működése alapján mintázó erőfeszítéseket. Kiderülhet, hogy minden idegsejtben van valamiféle makromolekuláris agy, legalábbis a szerkezeti komplexitás, és talán bizonyos mértékig a funkcionális komplexitás szempontjából, és a szinapszisok egyetlen digitális bitkén történő kezelése hamisan képezi le azt ami történik.

Amennyiben minden „számítási egység” avagy bit tartalmaz egy valóságos makromolekuláris áramkört, akkor olyan komplexitást kapunk, aminek még a közelében sincs semmi amit informatika címszó alatt jelenleg fel tudunk mutatni.

(Forrás: Einstein Centre, Wikipédia Kép: Flickr, Unsplash, Pixabay)

Ez is érdekelhet:

Krónikus betegségeket gyógyíthatnak a világ első mesterséges neuronjai Tudósok által nemrég előállított mesterséges neuronok ugyanúgy viselkednek, mint a valódiak. Az eredmény óriási hatással lesz a gyógyításban.

Egy mesterséges intelligencia nulláról létrehozza a fizikát, és bizonyíthatja, hogy szimulációban élünk Zavarba ejtő algoritmussal állt elő Hong Qin fizikus. Az általa betanított gépi intelligencia paradigmaváltó felfedezésekhez vezethet az energiaiparban, sőt, puszta létezése bizonyíthatja, hogy az általunk érzékelt valóság valójában egy szimuláció.

Épen maradt agysejteket találtak egy 2000 éves Herculaneumi koponyában A megüvegesedett agyszövet egy fiatal férfi maradványaiból került elő, aki 79-ben veszítette életét, a Vezúv híres kitörése alatt.