Чи можете ви розраховувати на свій мозок?
Висновки, опубліковані в журналі Природа, припускають, що мозок за своєю суттю ненадійний.
Для більшості з нас це може не здатися дивним, але неврологів це спантеличувало десятки років. Беручи до уваги, що мозок - це найпотужніший відомий обчислювальний пристрій, як він може працювати настільки добре, хоча поведінка його ланцюгів мінлива?
Давня гіпотеза полягає в тому, що схема мозку насправді надійна - і, мабуть, висока мінливість полягає в тому, що ваш мозок одночасно займається багатьма завданнями, які впливають одне на одне.
Саме цю гіпотезу перевіряли безпосередньо дослідники з Лондонського університетського коледжу.
Команда, яка співпрацювала між експериментаторами з Інституту біомедичних досліджень імені Вольфсона та теоретиком Пітером Латемом з відділу обчислювальної нейронауки Гетсбі, надихнулася відомим ефектом метелика, тим фактом, що стулка крил метелика в Бразилії могла розпочатися торнадо в Техасі.
Їх ідеєю було ввести невелике збурення в мозок, нейронний еквівалент крил метеликів, і запитати, що станеться з активністю в ланцюзі. Чи збурення зростатиме і матиме ефект удару, впливаючи таким чином на решту мозку, або негайно вимре?
Це виявилося величезним ефектом удару. Обурення являло собою один зайвий «спайк», або нервовий імпульс, введений в один нейрон у мозку щура. Цей єдиний додатковий стрибок спричинив близько тридцяти нових додаткових стрибків у сусідніх нейронах мозку, більшість з яких спричинили ще тридцять додаткових стрибків тощо.
Це може здатися не надто багато, враховуючи, що мозок виробляє мільйони спайків щосекунди. Однак дослідники підрахували, що врешті-решт один зайвий стрибок вплинув на мільйони нейронів мозку.
"Цей результат вказує на те, що мінливість, яку ми спостерігаємо в мозку, насправді може бути обумовлена шумом і являє собою фундаментальну особливість нормальної роботи мозку", - сказав провідний автор доктор Міккі Лондон з Інституту біомедичних досліджень Вольфсона, UCL.
Це швидке посилення стрибків означає, що мозок надзвичайно «галасливий» - набагато, набагато галасніший, ніж комп’ютери.
Тим не менше, мозок може виконувати дуже складні завдання з величезною швидкістю та точністю, набагато швидше та точніше, ніж найпотужніший комп'ютер, коли-небудь побудований (і, ймовірно, побудований у найближчому майбутньому).
Дослідники UCL припускають, що для того, щоб мозок працював так добре в умовах високого рівня шуму, він повинен використовувати стратегію, яка називається швидкісним кодом. У коді швидкості нейрони розглядають діяльність ансамблю з багатьох нейронів і ігнорують індивідуальну мінливість або шум, що створюється кожним з них.
Отже, тепер ми знаємо, що мозок справді галасливий, але ми досі не знаємо чому.
Дослідники UCL припускають, що одна з можливостей полягає в тому, що це ціна, яку мозок платить за високу зв'язок між нейронами (кожен нейрон підключається приблизно до 10000 інших, що призводить до понад 8 мільйонів кілометрів проводки в мозку людини).
Імовірно, ця висока зв'язковість принаймні частково відповідає за обчислювальну потужність мозку. Однак, як показує дослідження, чим вище зв'язок, тим шумніший мозок. Тому, хоча шум може не бути корисною функцією, він є принаймні побічним продуктом корисної функції.
Джерело: Університетський коледж Лондона
