Los científicos Descubrieron ‘Mini-Ordenadores” en las Neuronas Humanas—y Eso es una Gran Noticia para la IA

solo Con sus cables de entrada, las neuronas humanas se pueden realizar difícil lógica de los cálculos anteriormente sólo se ve en toda las redes neuronales. Para repetir: las neuronas humanas son mucho más potentes dispositivos que se pensaba originalmente. Y si deep algoritmos de aprendizaje—la IA método basado libremente en el cerebro que se ocupa de nuestro mundo por la tormenta—tome nota, que puede ser demasiado.

Esas son poco convencionales, la lucha contra las palabras.

De 70 años, las neuronas eran consideradas básicas de informática de la unidad del cerebro. Sin embargo, de acuerdo a un nuevo estudio publicado este mes en Ciencia, las neuronas en nuestra corteza cerebral, la parte más externa de “corteza” de nuestro cerebro, parecen haber evolucionado de forma exclusiva para sostener increíblemente complejos cálculos en sus cables de entrada. Es como si alguien que finalmente se obtiene la prueba de que el equipo del cableado eléctrico se compone realmente de mini-procesadores, cada uno en la realización de cálculos antes de enviar los resultados a una CPU.

Es raro. Es controversial. Pero también ha sido visto por primera vez en las neuronas humanas.

Como los autores concluyen que: hemos asumido durante mucho tiempo que una neurona sólo podía operar funciones lógicas como and Y or, mientras que los más complejos cálculos necesarios redes enteras. Nos encontramos con que la actividad de una neurona de entrada de los cables de soporte de complejas operaciones lógicas mediante las reglas completamente diferentes de una sola neurona.

Así que ¿por qué debería importarnos? Fundamentalmente, tiene que ver con la inteligencia—¿por qué nos destacan entre el reino animal, y cómo podríamos replicar que la inteligencia de la IA.

Como la corteza de la Tierra, la corteza también se compone de varias capas, con los distintivos de cableado patrones que unen a las neuronas de las capas y entre otras diferentes. Los neurocientíficos han pensado durante mucho tiempo que nuestra sumamente intrincado de la corteza contribuye a nuestra capacidad intelectual—de hecho, el aprendizaje profundo se inspiró en los cálculos incrustado dentro de las neuronas corticales.

Pero los nuevos resultados, grabado de quirúrgicamente removido trozos de cerebro de pacientes con tumores cerebrales y epilepsia, sugieren que la corriente profunda de los métodos de aprendizaje son sólo arañando la superficie de replicar nuestros cálculos del cerebro. Si AI sistemas de incorporar estos recién descubierto algoritmos, que podría llegar a ser mucho más potente.

Cumplir con el Todo-o-nada Neurona

Un libro de texto de la neurona se ve como un árbol sin hojas: enormes raíces, llamadas dendritas, conducen a una robusta base bulbosa—el cuerpo. Como el agua y los nutrientes, las señales eléctricas provenientes de disparar hasta dendríticas raíces en el cuerpo, donde una joroba-como la estructura que sintetiza toda la información. Si el estímulo es lo suficientemente fuerte, se pasa de una singular tronco de un árbol—el cable de salida de la llamada axón—a continuación, se transmite a otra neurona por medio de burbujas llenas de mensajeros químicos o con electricidad. Si las señales de entrada son demasiado débiles, la neurona mata a los datos. Es por eso que los neurocientíficos llaman a menudo las neuronas individuales “binario” o “digital”: ya sea de fuego o no.

Simple, ¿no?

Bueno…no del todo. Durante décadas, una pregunta insistia en la parte de atrás de los neurocientíficos de la mente: ¿por qué los árboles dendríticos, en comparación con una sola solitario axón, de manera mucho más complejo?

en la grabación de una sola de las neuronas en los cerebros de roedores, recientemente, los científicos comenzaron a averiguar que dendríticas que los árboles no son sólo simples cables pasivos. Más bien, son extremadamente componentes activos subyacentes de una capa oculta de la computación neuronal. Algunos de los árboles dendríticos, por ejemplo, puede generar eléctricas de los picos de cinco veces más grande y con más frecuencia que los clásicos de la descarga neuronal. Sólo en las ratas, el descubrimiento de dendritas activos significa que el cerebro podría tener 100 veces más capacidad de procesamiento que se pensaba anteriormente.

El nuevo estudio se pregunta: ¿la misma verdad para los seres humanos?

Humanos de las Dendritas Son Especiales

en Comparación con los roedores cerebros, el de múltiples capas de la corteza cerebral humana es mucho más grueso y denso. Las capas 2 y 3 (L2/3), especialmente los que se destacan por sus elaborados y densamente empaquetados dendríticas de los bosques. En comparación con otras especies o incluso el resto del cerebro humano—estas capas contienen una cantidad desproporcionada de las neuronas de la materia. La raíz de la causa de este extraño engrosamiento se encuentra en nuestros genes, que codifican un cerebro programas de desarrollo de la guía de la característica. Algunos incluso creer que es fundamental para lo que nos hace humanos.

Si dendrita “entradas” ayudar a dar forma a nuestras neuronas,’ computación y nuestra inteligencia, a continuación, L2/3 es donde debemos ser capaces de observar, los autores razonada.

Medir la actividad eléctrica de las dendritas, que de cada 100 veces más pequeñas que el diámetro de un cabello humano, es mucho más fácil de decir que de hacer. Es en parte por qué estos enormemente poderoso cálculos han sido duros para capturar usando electrodos incluso en los animales—el proceso es similar a chupar suavemente en una hormiga de la espalda con una columna Romana tamaño de paja sin lastimar a la hormiga.

Lugar de grabación de la vida, cerebro humano intacto, el equipo optó por mirar cortes frescos de la corteza retirado debido a la epilepsia o los tumores. Es una estrategia inteligente: rebanadas son mucho más fáciles de examinar el uso de los tradicionales métodos de la neurociencia—por ejemplo, algo que se llama un “patch clamp” que graba directamente de los componentes neuronales. Rodajas también puede ser examinada bajo el microscopio el uso de colorantes fluorescentes que brillan durante la actividad. El uso de tejido de cerebro a partir de dos tipos diferentes de los pacientes pueden ayudar a eliminar las señales únicas para cada enfermedad en el cerebro para llegar a la raíz de la dendríticas humanas cálculos.

Una extraña señal de inmediato surgieron. Humanos de las dendritas despertó con la actividad, pero la toma de picos se disipó rápidamente, ya que viajó hacia el cuerpo de la célula. En contraste, un estándar de señal neuronal no cono hacia abajo a medida que galopa a lo largo de la salida del cable hacia su siguiente destino. Incluso más raro, el dendríticas señales se basó estrictamente en los iones de calcio para generar su electricidad, que masivamente se diferencia de los clásicos de señalización neuronal.

Es como si de repente el descubrimiento de una nueva especie que se consume dióxido de carbono, en lugar de oxígeno, para mantener su actividad—a excepción de la especie que es parte de ti. Estas señales, denominada “dCaAPs,” nunca se han observado en las células corticales de mamíferos anteriormente, los autores dijeron.

“hubo un momento ‘eureka’, cuando vimos la dendríticas potenciales de acción por primera vez,” dijo: el coautor del estudio, el Dr. Matthew larkum arm de la Universidad de Humboldt de Berlín. “Los experimentos fueron muy difíciles, así que para empujar a las preguntas últimos sólo la repetición de lo que se ha hecho en los roedores ya fue muy satisfactorio.”

Pero se pone más raro. A diferencia de una neurona de todo-o-nada de cocción, humanos dendritas parecen ir de la analógica. Es decir, su respuesta es “gradual”, pero de una manera intuitiva: el fuerte sus estímulos, el menor su respuesta. Esto está en marcado contraste con otros cálculos neuronales, donde el más fuerte de entrada, incluso a partir de múltiples fuentes, por lo general conduce a la fuerte salida. Y mientras estos picos dendríticas no son solitarios de por sí—un par de dCaAPs ayudó a cambiar la cocción de sus neuronas muchas de las dendritas de la actividad eléctrica parecía hacer su propia cosa.

Bosque de los Árboles

la Catalogación de el secreto de la vida de los humanos dendritas ya es interesante, pero los autores fue un paso más allá para preguntar qué significa todo esto.

el Uso de modelos computacionales, se recreó dCaAPs’ único patrón de disparo y desafiados a resolver un lógica de la función XOR. Compara dos entradas, y si los bits son iguales, el resultado es 0. Si son diferentes, el resultado es 1. A diferencia de los más simples Y y O funciones, XOR, normalmente, requiere de toda una red neuronal para llevar a cabo.

sin Embargo, los humanos dendritas ” el extraño comportamiento, donde uno sólo de entrada conduce a una salida, les permitió “efectivamente calcular la operación XOR,” dijeron los autores. Cuando se apilan junto con una neurona normal Y y O funciones, es posible condensar toda la red de funciones de una sola neurona. Sin embargo, por ahora la idea sigue siendo teórica, los autores no fueron capaces de modelo a toda una neurona junto con dendríticas cálculos.

Pero mantener su ojo hacia fuera para las actualizaciones. Los resultados, si validado en intactos los cerebros humanos, mantenga enormes posibilidades para mejorar el aprendizaje profundo de los algoritmos. Por ahora, el aprendizaje profundo de la persona usa artificial “neuronas” que el enlace de múltiples capas de redes—similar a la de nuestro conocimiento previo de los cerebros humanos. Añadir dendríticas cálculos en teoría, podría ampliar considerablemente la profunda capacidad de aprendizaje. En una manera, AI es ahora la neurociencia teórica de la sala de juegos, una colaboración hecha en el cielo.

Independientemente, los resultados de la cáscara de nuevo otra capa de cebolla hacia la comprensión y la reproducción de nuestra inteligencia. “Dendritas hacer hasta el 95 por ciento de la superficie de las células piramidales en la corteza, pero han permanecido “territorio inexplorado” en el cerebro humano,” dijo: el Dr. Michael Häusser en la Universidad College de Londres, quien no estuvo involucrado en el estudio. Por la caza de señales similares en cerebros de roedores, podemos ser capaces de determinar si “las especiales propiedades eléctricas de los humanos dendritas jugar un papel clave en hacer que el cerebro humano especial,” dijo él.

Crédito de la Imagen: Imagen de la Erge Altmann de Pixabay

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