Funkcija mozga zavisi od vrste mreže kola koju formira da bi omogućila percepciju i radnje. Međutim, ne postoji tehnologija koja bi pomogla u otkrivanju strukture skrivene mreže ispitivanjem neuronske aktivnosti kod živih životinja.
Univerzitet Kjoto i Institut za istraživanja u fundamentalnim naukama (IPM) su sada zajedno napravili mapu koja poredi ovu strukturu kola sa neuronskom aktivnošću kod sisara. Mapa omogućava istraživačima da steknu jasniju sliku kola na osnovu karakteristika neuronske aktivnosti.
Nervne ćelije proizvode električne signale zvane šiljci koji obezbeđuju ulazni potencijal sledećoj nervnoj ćeliji kroz sinapse. Kada zbir ulaznih potencijala pređe određenu vrednost, generiše se šiljak koji svoju aktivnost prenosi na sledeću nervnu ćeliju.
„Cilj ovog istraživanja bio je da se konstruiše teorija koja integriše strukturu i aktivnost neuronskih mreža i koristi je kao alat za otkrivanje strukture mreže iz aktivnosti“, kaže Hideaki Shimazaki sa Fakulteta za informatiku Univerziteta Kjoto.
Spajanje između dve nervne ćelije povećava mogućnost da jedna nervna ćelija postane aktivna odmah nakon što druga nervna ćelija postane aktivna. Ulažu se napori da se razjasni mrežna struktura neurona procenom veza između njih iz koaktivnosti istovremeno snimljenih neurona. Oni su, međutim, pokazali samo vidljivi deo šire slike koja otkriva stanje funkcionalnih neuronskih kola odgovornih za pokretanje saznanja i ponašanja životinja.
„Da bismo otkrili skrivene veze od neopaženih neurona, koristili smo analitičku relaciju za nelinearnost između ulaza i izlaza neurona. Pokazali smo da je moguće identifikovati skrivenu arhitekturu mikrokola uključujući i neopažene neurone, iz ko-aktivnosti posmatranih neurona,“ kaže odgovarajući autor Safura Rašid Šomali sa Škole kognitivnih nauka na IPM-u.
„Naučili smo da sličnost u ponašanju ljudi, ili neurona, ukazuje na njihovu zajedničku istoriju. Ovde je ponašanje aktivnost neurona, a istorija je skriveni zajednički input koji dobijaju“, kaže koautor S. Nader Rasuli iz Odeljenja. fizike na Univerzitetu Gilan i IPM.
Primenjujući ovu tehniku na vizuelni korteks sisara, istraživači su došli do novih otkrića.
„Koristeći ovu mapu, istražili smo retke aktivnosti neurona u vizuelnom korteksu miševa i majmuna i pokazali da iza aktivnosti stoji uzbudljiva lokalna zajednička ulazna struktura“, objašnjava Šomali.
Povezani mehanizam u mozgu naziva se retko kodiranje, energetski efikasna šema u vizuelnom korteksu koja koristi samo mali broj neurona za izražavanje informacija. Ovaj mehanizam se suprotstavlja prethodno predloženoj hipotezi da mrežom kola dominiraju inhibitorne ćelije.
„Mehanizam, koji se može primeniti na veštačku inteligenciju, generiše retku aktivnost i očekuje se da će obezbediti smernice za konstruisanje strukture veze energetski efikasnih dubokih neuronskih mreža i komponentnih neurona kao nelinearnih elemenata“, kaže Šimazaki.
