لى فنغ شبكة AI تقنية مراجعة من قبل: شجيري بعض الخلايا العصبية البشرية، قبل أن تتمكن من أداء تعتبر العمليات المنطقية اللازمة لاستكمال الشبكة العصبية بأكملها.

في الوقت الحاضر، للعلماء الكمبيوتر المعنية اصطناعية العصبي بناء الشبكة، غالبا ما تقوم على مفهوم: الخلايا العصبية هو بسيط، والتبديل غير ذكي، معالجة المعلومات الشبكة العصبية من بين عشرات الآلاف (تريليونات) الخلايا العصبية الاتصال.

ثم وجد عالم الأعصاب أن الإنسان الدماغ لم يكن الأمر كذلك. وقد وجد في العديد من الدراسات في علم الأعصاب، الخلايا العصبية في الدماغ وليس فقط العمل على المعلومات في مجال الحوسبة الصدد، تحمل الخلايا العصبية الفردية أيضا أكثر أهمية بكثير مما يظن الناس قبل مهام الحوسبة.

وقد علمت لى فنغ شبكة AI تقنية الاستعراض، التي نشرت مؤخرا ورقة "إمكانات العمل الجذعية والحساب في طبقة الإنسان 03/02 العصبونات القشرية" على "العلم". في هذه الورقة، وجد الباحثون أن الخلايا الغرفة الصغيرة (مقصورات صغيرة في أحضان شجيري من العصبونات القشرية) قد إجراء عمليات حسابية محددة على التشعبات من الخلايا العصبية القشرية - "حصرية أو". هذا الاكتشاف مهم، التي كانت المنظرين الرياضية توافق على أن الخلايا العصبية واحدة لا يمكن أن يكون "حصرية أو" الحوسبة، والآن ليس فقط الخلايا العصبية الفردية، وحتى بعض على التشعبات من الخلايا العصبية يمكن القيام بها ". حصري أو "عملية.

ترتبط الخلايا العصبية ليس فقط لمجرد، بل هي أيضا قادرة على أداء العمليات الحسابية المعقدة، قد تكون الخلايا العصبية نفسها شبكة متعددة الطبقات. هذا الاكتشاف للعلماء الكمبيوتر لتشعر الشبكة العصبية الاصطناعية بناء، قد يكون مصدر إلهام مهم جدا.

القيود الخلايا العصبية البكم

في 1940s و 1950s، بدأت هذه الصورة إلى الهيمنة في مجال علم الأعصاب:

• دمية الخلايا العصبية ( "الغبية" الخلايا العصبية)، وتكامل بسيط، ومدخلات الشبكة بالكامل تلخيص عقدة.

• يمكن الحصول على فرع (وتسمى التشعبات) تمتد من خلية عصبية من بين آلاف الإشارات من الخلايا العصبية المجاورة، بعض الإشارات مثير، وبعضها إشارات المثبطة.

• على أجسام الخلايا العصبية، هي المرجحة جميع الإشارات هنا وعدها، إذا تجاوز مجموع قيمة عتبة معينة، فإن الخلايا العصبية تصدر سلسلة من النبضات الكهربائية (إمكانات العمل)، التي نبضات التحفيز الكهربائية المجاورة مباشرة إلى الخلايا العصبية.

في نفس الوقت تقريبا، أدرك الباحثون أن الخلايا العصبية واحدة يمكن أن تلعب دور البوابات المنطقية، على غرار دائرة باب المنطق الرقمي (على الرغم من أن حتى الآن لا نعرف المعلومات عمليات الدماغ، وإلى أي مدى هذا هو) . على سبيل المثال، إذا كانت الخلايا العصبية فقط بعد استلام عدد كاف من الزناد المدخلات، هو في الواقع "و" البوابة.

حتى من الناحية النظرية، يمكن أن الشبكات العصبية أداء أي حسابات.

ولكن يبدو أن هذا النموذج هو وجود قيود. في هذا النموذج، فإن الخلايا العصبية ينهار إلى نقطة في الفضاء، وليس لديها البنية الداخلية. من ناحية أخرى يتجاهل هذا النموذج أيضا حقيقة أن: ونظرا لتدفق آلاف من الخلايا العصبية مساهمة في جسم الخلية العصبية على طول التشعبات المختلفة، شجيري هذه الميزات نفسها قد لعبت فرق كبير، أو وبشكل أكثر تحديدا، هذه شجيري نفسه، قد يكون هناك بعض الحسابات الداخلية.

بدأ هذا النموذج لتغيير في 1980s.

الأعصاب التي كتبها كريستوف كوخ وآخرون النمذجة (وبعد ذلك أيد أيضا من خلال التجارب) تبين أن خلال مهلة لا يمكن التعبير عن إشارة الخلية العصبية الجهد واحدة باعتبارها واحدة أو موحدة، بدلا من ذلك، إشارة الجهد يدخل التشعبات على الخلايا العصبية في الجسم الحي سيتم خفضه، وعادة لا يسهم في الخلايا الناتج النهائي.

تضارب إشارة، يعني أن المعلومات الجذعية واحدة قد تتم معالجتها بشكل مستقل عن بعضها البعض. هذه الفرضية الخلايا العصبية السابقة متناقضة، في الخلايا العصبية الفرضية السابقة، تضاف الخلايا العصبية ببساطة معا كل شيء.

وقد بدأ هذا العمل أدى إلى كوخ وغوردون شيبرد من جامعة ييل كلية الطب وغيرهم من الناس إلى النمذجة هيكل شجيري. والفكرة الأساسية هي، كما أن الخلايا العصبية لم تعد بوابة المنطق البسيط، ولكن وحدة متعددة المعقدة للنظام المعالجة.

وفي وقت لاحق أجرت ميل وآخرون دراسة أكثر تفصيلا، وجدوا أن: 1) ارتفاع الجذعية يمكن أن تتولد محليا؛ 2) والمدخلات غير الخطية شجيري الخاصة - منحنى الناتج؛ 3) التشعبات عتبة تفعيلها (هذه العتبة و مختلفة عتبة العصبية العامة)؛ 4) شجيري في حد ذاته قد يكون بمثابة بوابة AND أو وحدة أخرى.

ميل آخرون أن يعني أن الخلايا العصبية الفردية يمكن التفكير باعتبارها اثنين من طبقة الشبكات العصبية: التشعبات بمثابة فرعية حساب غير الخطية، لجمع وتصريف المدخلات والمخرجات وسيطة، وسيتم الجمع بين الإشارات الإخراج في خلايا الجسم، ثم تقرر رد فعل كامل الخلايا العصبية.

بالطبع، حتى الآن، ونحن ما زلنا لا نعرف مستوى شجيري من النشاط، وتصريف تؤثر على نشاط الخلايا العصبية والخلايا العصبية المجاورة. ومع ذلك، بغض النظر عن دور التجهيز المحلي في نظام الخلايا العصبية كله كان لا يمكن إنكاره. في القدرة الحاسوبية، الخلايا العصبية أقوى من الكثير منا يتصور.

وقال الراعي الأعصاب أيضا: "معظم قوة المعالجة القشرية هي في الواقع أقل من عتبة لنظام الخلايا العصبية واحد قد لا يكون مجرد الجمع المرجح للنظام."

من الناحية النظرية، أي ما يقرب الحسابات التي يمكن تصورها يمكن أن يقوم بها الخلايا العصبية لديها ما يكفي من التشعبات، شجيري كل قادرون على أداء حساباتهم غير الخطية.

سابقا المذكورة التي نشرت مؤخرا في صحيفة "العلم"، والباحثين تتحول هذه الفكرة إلى أبعد من ذلك: أنهم يعتقدون أن الأمر لا يقتصر نفسها التشعبات، شجيري غرفة الخلية الصغيرة هي أيضا قادرة على أداء مستقلة العمليات الحسابية المعقدة.

مينسكي والمسامير مستحيلة وغير متوقعة

الكاتب ماثيو Larkum هومبولت هو المخ والاعصاب وأبحاثه فريق الأمل لتكون قادرة على دراسة المشكلة من زوايا مختلفة التشعبات. قبل الباحثين الرئيسيين في الدراسة من النشاط شجيري في القوارض، لذا فهم يرغبون في دراسة عدد كبير من البشرية والتشعبات أطول من الخلايا العصبية في إشارة كهربائية مختلفا.

أنها تحصل على شريحة من أنسجة المخ من الطبقات الثانية والثالثة من القشرة الدماغية الإنسان، تحتوي القشرة الدماغية الإنسان عدد من التشعبات كبيرة من الخلايا العصبية. عندما حفز كهربائيا هذه التشعبات، رأوا طفرات غير متوقعة والمتكررة، وهذه المسامير تبدو مختلفة تماما للإشارات العصبية الأخرى المعروفة. فهي سريعة جدا ولكن باختصار، تماما كما إمكانات العمل بشكل عام، من خلال تدفق أيونات الكالسيوم هو السبب. هذا ويذكر، لأن إمكانات العمل التقليدية عادة من أيونات الصوديوم والبوتاسيوم الذي تسببت فيه. وعلاوة على ذلك، على الرغم من سبق هذا وقد لوحظ من خلال إشارات الكالسيوم بفعل القوارض الجذعية، ولكن مدة تلك المسامير لفترة أطول.

حتى أكثر إثارة للدهشة هو إعطاء الحقن لشجيري الكثير من التحفيز الحالي، ولكن سوف يقلل من كثافة إطلاق الخلايا العصبية، بدلا من الزيادة. لفهم هذا الارتفاع الجديد يمكن أن يكون له أي تأثير، شيدت الباحثون نموذجا يعكس سلوك الخلايا العصبية.

العثور على النموذج الذي المدخلات X و Y المدخلات، إلا إذا كان الإدخال أو الإدخال الوحيد X Y، تحدث طفرات الجذعية، وإذا تحدث كل من المدخلات في نفس الوقت، سيكون هناك ارتفاع. هذا هو ما يعادل الحصري أو حساب غير الخطية (أو XOR) يعمل.

أنتج هذا الاكتشاف ضجة كبيرة في مجال الحاسب الآلي. على مر السنين، أنهم يعتقدون أن وظيفة XOR لا يمكن أن تظهر في الخلايا العصبية واحدة، عالم الكمبيوتر الشهير مارفن مينسكي وسيمور بابيرت في كتابهما في عام 1969، "بيرسيبترون" كتاب، كما لا يمكن أن يؤديها على طبقة واحدة شبكة XOR اصطناعية وقد تجلى ذلك. هذا الاستنتاج له تأثير مدمر، لذلك كثير من علماء الكمبيوتر ستدرس الشبكة قبل الأزمة عام 1980 في الأعصاب، وينسب إلى هذا الاستنتاج.

وقد وجد الباحثون الشبكة العصبية أخيرا وسيلة لتجنب الصعوبات التي أثارها مينسكي وبابيرت، في حين وجد علماء الأعصاب أيضا الحال في طبيعة هذه الحلول. على سبيل المثال، فقد وجد أن سبق Poirazi XOR قد تكون موجودة في الخلايا العصبية واحدة: التشعبات وببساطة الجمع بين الأمرين، فمن الممكن لتحقيق ذلك. في التجربة الأخيرة، حتى أنها توفر تنفيذ معقول من الآليات الفيزيائية الحيوية في التشعبات XOR واحدة.

المعالج المعالج

بالطبع، ليس كل الخلايا العصبية صحيحة. ووفقا للمؤلفين وقال جدعون، وأجزاء أخرى من الدماغ هناك العديد من أصغر نقطة مثل الخلايا العصبية. وجود مثل هذا التعقيد عصبي قد تجد هناك سبب.

والخلايا العصبية غرفة المجتمع، لماذا هو مؤهل قدرة الخلايا العصبية بأكملها أو الشبكة العصبية صغيرة لذلك؟

احتمال واحد هو: الخلايا العصبية الشبكة العصبية متعدد الطبقات يمكن أن يكون أفضل تجهيز السلطة، ويكون التعلم أفضل وقدرة الذاكرة.

وفي هذا الصدد، قال Poirazi: "ربما يكون هناك عمق ضمن شبكة واحدة من الخلايا العصبية، التي تجد صعوبة في التعلم أو مشاكل في الادراك، سوف تكون أقوى من ذلك بكثير."

Kording كما ذكر: "الخلايا العصبية واحدة قد تكون قادرة على حساب تعقيد الحقيقي وظيفة، على سبيل المثال، قد تكون قادرة على ديها القدرة على تحديد الكائنات النفس".

كما قال Poirazi، مثل قوية الخلايا العصبية الفردية، فإن الدماغ يساعد أيضا في خفض استهلاك الطاقة.

ومن المفهوم، الباحثون خطة المقبل في محاولة للعثور على إشارة مماثلة في القوارض والحيوانات الأخرى التشعبات، من أجل تحديد ما إذا كانت هذه القدرة الحسابية هي فريدة من نوعها للبشر. كما يريدون أن تذهب أبعد من نطاق هذا النموذج، لاحظوا أن السلوك العصبي جنبا إلى جنب مع السلوك الفعلي من الدراسات على الحيوانات.

وفي الوقت نفسه، Poirazi الوضع يمكن مقارنة هذه التشعبات من الخلايا العصبية في شبكة الحوسبة التوقعات الفعلية، لإثبات ما إذا كان من السابق لديها بعض المزايا. ويشمل ذلك اختبار أنواع أخرى من العمليات المنطقية، فإن هذه العمليات استكشاف التعلم والذاكرة التي ساهمت أهمية. وقالت: "قبل أن تنفيذ هذه التجارب، ونحن لسنا متأكدا أن هذا الاكتشاف تجلب لها تأثير كبير."

خاتمة

على الرغم من أن الباحثين لا تزال الكثير من احتياجات العمل الذي يتعين القيام به، لكنهم يعتقدون أن هذه النتائج تعني أيضا أنهم بحاجة إلى إعادة التفكير في كيفية تصميم نموذج الدماغ فضلا عن وظيفة الأوسع. التركيز فقط على أهمية الخلايا العصبية المختلفة، ومناطق الدماغ، وبعيدا عن أن تكون كافية.

نتائج جديدة، ويبدو أنه سوف تؤثر أيضا على مشاكل الذكاء الاصطناعي وتعلم الآلة. الشبكات العصبية الاصطناعية تعتمد على نموذج النقطة، يعتبر هذا النموذج الخلايا العصبية وتنتقل إلى الغدد المدخلات تحسب في عدد من وظيفة نشط.

جامعة نيويورك عالم المعرفي والتعلم العميق من المتشككين غاري ماركوس قال ذات مرة: "فقط عدد قليل من الناس تأخذ على محمل الجد فكرة: الخلايا العصبية واحدة يمكن أن يكون جهاز الحوسبة المعقدة".

وأضاف أنه على الرغم من هذا في "العلم" نشرت ورقة فقط في دراسة أوسع من التاريخ وضعت على وجهة النظر هذه واحدة من الاكتشاف، ولكن ينبغي أن علماء الكمبيوتر ننظر بجدية في هذا الرأي، لأنه يعرقل من قبل مشكلة XOR الشبكة العصبية بحيث توفر مشكلة البحث الطويلة إطار البحث. وقال: "وبعبارة أخرى، نحن حقا في حاجة إلى النظر في اعتماد هذا الحل الأفكار، وترغب في الحصول على تنظيم الذكية في جميع أنحاء الإدراك الدراسة من الخلايا العصبية سخيفة، ويمكن أن تكون خاطئة."

عبر https://www.quantamagazine.org/neural-dendrites-reveal-their-computational-power-20200114/

وذكرت شبكة لى فنغ.