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科技日?qǐng)?bào)記者 張佳欣
德國(guó)柏林夏里特醫(yī)學(xué)院研究發(fā)現(xiàn)，人類神經(jīng)元并不像小鼠的神經(jīng)元那樣以環(huán)路形式傳遞信息，而是主要沿著一個(gè)方向進(jìn)行通信。這一機(jī)制提高了人腦處理信息的效率和能力。相關(guān)成果發(fā)表在最近的《科學(xué)》雜志上。
記錄多達(dá)10個(gè)神經(jīng)元活動(dòng)的“多面體”實(shí)驗(yàn)裝置。
圖片來(lái)源：德國(guó)柏林夏里特醫(yī)學(xué)院
大腦新皮層是關(guān)系人類智力的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，厚度不到5毫米。在大腦最外層，200億個(gè)神經(jīng)元處理無(wú)數(shù)的感官感知、計(jì)劃行動(dòng)，并構(gòu)成人們思想意識(shí)的基礎(chǔ)。這些神經(jīng)元是如何處理所有這些復(fù)雜信息的？這在很大程度上取決于它們是如何“連接”在一起的。
研究人員解釋說(shuō)，此前，人們對(duì)大腦皮層神經(jīng)結(jié)構(gòu)的理解主要是基于小鼠等動(dòng)物模型的發(fā)現(xiàn)。在這些模型中，相鄰神經(jīng)元頻繁地相互交流，就像在對(duì)話一樣。一個(gè)神經(jīng)元向另一個(gè)神經(jīng)元發(fā)出信號(hào)，然后那個(gè)神經(jīng)元發(fā)回信號(hào)。這意味著信息經(jīng)常循環(huán)流動(dòng)。
新研究檢查了23名接受神經(jīng)外科手術(shù)治療耐藥性癲癇患者的腦組織。為了能觀察到人類大腦皮層最外層相鄰神經(jīng)元之間的信號(hào)流動(dòng)，該團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種升級(jí)版“多面體”技術(shù)，可同時(shí)監(jiān)聽(tīng)多達(dá)10個(gè)神經(jīng)元之間發(fā)生的通信。他們通過(guò)測(cè)量來(lái)繪制網(wǎng)絡(luò)圖，總共分析了近1170個(gè)神經(jīng)元之間的通信通道以及大約7200個(gè)可能的連接。
研究人員發(fā)現(xiàn)，只有一小部分神經(jīng)元進(jìn)行相互“對(duì)話”。對(duì)于人類來(lái)說(shuō)，信息往往朝一個(gè)方向流動(dòng)，很少直接或通過(guò)循環(huán)回到起點(diǎn)。
研究人員讓人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)完成了一項(xiàng)典型的機(jī)器學(xué)習(xí)任務(wù)：從語(yǔ)音數(shù)字的音頻記錄中識(shí)別正確的數(shù)字。模擬人腦結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)模型比以小鼠的網(wǎng)絡(luò)模型對(duì)這一任務(wù)的反應(yīng)更準(zhǔn)確，效率也更高，在小鼠模型中達(dá)到相同性能需要相當(dāng)于380個(gè)神經(jīng)元，而在人類模型中只需要150個(gè)神經(jīng)元。
過(guò)去，人工智能開(kāi)發(fā)人員在設(shè)計(jì)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)時(shí)一直從生物模型中尋找靈感，但也獨(dú)立于生物模型之外去優(yōu)化算法。這些對(duì)人類新皮質(zhì)中信息處理的新發(fā)現(xiàn)可為完善人工智能網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)新靈感。
責(zé)任編輯： 常麗君本文鏈接：http://www.3ypm.com.cn/news-2-6445-0.html人類智力超群之謎破解，神經(jīng)元單向通信機(jī)制顯著提高大腦處理信息效率
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