Studija je poništila prastaru teoriju učenja mozga
Desetljećima su znanstvenici mislili da se učenje događa u sinapsama ili brojnim spojevima između moždanih stanica. Ali sada, nova studija sugerira da se učenje događa u nekoliko dendrita, grana koje dovode ulazne podatke u moždanu stanicu ili neuron.
U radu koji je sada objavljen u časopisu Znanstvena izvješća, autori opisuju kako su došli do ovog zaključka nakon proučavanja računalnih modela neurona i staničnih kultura.
U ogromnoj neuronskoj mreži mozga, neuroni se ponašaju poput sićušnih mikročipova koji unose ulaze kroz svoje dendrite i, kada se postignu određeni uvjeti, stvaraju izlaze pomoću svojih aksona.
Aksoni su pak povezani s dendritima drugih neurona preko veza koje se nazivaju sinapse. Mnogo je više sinapsi po neuronu nego dendrita.
Značajan rezultat novog istraživanja jest da su, jer se pretpostavlja da se učenje odvija u dendritima, a ne u sinapsama, parametri učenja za svaki neuron mnogo manji nego što se prethodno mislilo.
„U ovom novom procesu dendritičnog učenja", napominje viši autor studije prof. Ido Kanter, iz Internetskog interdisciplinarnog centra za istraživanje mozga Gonda na Sveučilištu Bar-Ilan u Izraelu, „postoji nekoliko adaptivnih parametara po neuronu, u usporedbi s tisućama sitnih i one osjetljive u scenariju sinaptičkog učenja. "
Učenje se događa brže nego što smo mislili
Sljedeći važan rezultat nove studije je da se proces učenja u novom dendritičkom modelu događa puno brže od tradicionalnog sinaptičkog modela.
Rezultati mogu imati važne implikacije na liječenje moždanih poremećaja i dizajn računalnih aplikacija - poput "algoritama dubokog učenja" i umjetne inteligencije - koji se temelje na oponašanju načina na koji mozak radi.
Istraživači predviđaju da, u slučaju potonjeg, njihova studija otvara vrata dizajnu naprednijih značajki i mnogo bržim brzinama obrade.
Tradicionalni, sinaptički model učenja utemeljen je na pionirskom radu Donalda Hebba koji je objavljen 1949. u knjizi Organizacija ponašanja.
Taj model, koji prof. Kanter i njegovi kolege nazivaju "učenje putem veza", predlaže da "parametri učenja" koji se mijenjaju tijekom procesa učenja odražavaju broj sinapsi ili veza po neuronu, koje su računske jedinice u neuronskoj mreži.
‘Učenje po čvorovima’
U svom novom modelu - koji nazivaju "učenje čvorovima" - istraživači predlažu da parametri učenja ne odražavaju broj sinapsi, kojih je po neuronu mnogo, već broj dendrita ili čvorova, od kojih postoji su samo nekoliko po neuronu.
Stoga, objašnjavaju, „u mreži povezujućih neurona“, broj parametara učenja po neuronu u sinaptičkom modelu „znatno je veći“ od broja u dendritičkom modelu.
Glavna svrha njihovog istraživanja bila je usporedba „suradničkih dinamičkih svojstava između sinaptičkog (veza) i dendritičnog (nodalnog) scenarija učenja“.
Autori studije zaključuju da njihovi rezultati "snažno ukazuju na to da se brži i poboljšani proces učenja javlja u neuronskim dendritima, slično onome što se trenutno pripisuje sinapsama."
Slabe sinapse igraju ključnu ulogu u učenju
Još jedno značajno otkriće studije jest da se čini da su slabe sinapse, koje čine većinu mozga i za koje se smatralo da igraju beznačajnu ulogu u učenju, zapravo vrlo važne.
Autori primjećuju da "dinamikom uglavnom proturječno upravljaju slabe karike."
Čini se da u dendritičnom modelu slabe sinapse uzrokuju osciliranje parametara učenja, a ne prelazak u „nerealno fiksne krajnosti“, kao u sinaptičkom modelu.
Profesor Kanter rezimira rezultate uspoređujući kako bismo trebali mjeriti kvalitetu zraka.
"Ima li smisla", pita on, "mjeriti kvalitetu zraka koji udišemo pomoću mnogih sićušnih, udaljenih satelitskih senzora na uzvisini nebodera ili pomoću jednog ili nekoliko senzora u neposrednoj blizini nosa?"
"Slično tome, neuronu je učinkovitije procijeniti svoje dolazne signale blizu njegove računske jedinice, neurona."
Prof. Ido Kanter
