Нейроны Действуют Не Как Простые Логические Элементы, А Как Сложные, Многоэлементные Системы Обработки Данных

Уильям Браун, исследователь резонансной науки

Исследование, опубликованное в журнале Science, перевернуло 80 лет общепринятого мнения в вычислительной нейробиологии, которая моделировала нейрон как простой точечный узел в системе, интегрируя сигналы и передавая их вдоль. Эта модель нейрона-интегратора, также известная как” тупая " нейронная модель, сильно ограничила представление о том, что нейрон способен делать, и, следовательно, как функционируют нейронные сети и мозг в целом.

Это не только затруднило развитие полного понимания нейронной активности в высших областях коры головного мозга, но и отрицательно сказалось на информатике, значительно ограничив развитие нейроморфных вычислительных сетей, поскольку они были основаны на неполной модели. В настоящее время эмпирические исследования показывают, что ученые переоценивают нейрональную обработку информации как гораздо более сложную систему, которая, возможно, не имеет прямых параллелей с нашими вычислительными технологиями.

Новое исследование профессора Мэтью Ларкума, нейробиолога из Университета Гумбольдта, и его команда обнаружили редко встречающуюся ранее систему обработки информации в одиночных дендритах пирамидальных неокортикальных нейронов, которая использует градуированную обработку сигнала с кальци-опосредованными дендритными потенциалами действия, в отличие от типичных потенциалов действия все или ничего, наблюдаемых в потоке ионов натрия и калия. (Электрический ток проводится через нервную систему, называемую потенциалом действия, через поток больших катионов, таких как натрий, калий, магний и кальций.)

Дендриты-это разветвленные протоплазматические расширения клеточной мембраны нейрона. Подобно дереву, образующему ветви из ствола, дендриты - это арборизатоны из сомы нейрона, которые содержат синаптическую архитектуру, необходимую для приема, обработки и передачи электрических сигналов (от аксонов соседних нейронов). В некоторых классах нейронов существуют тысячи дендритов, и при суммировании всех субсинаптических структур один нейрон может образовать целых 100 000 связей обработки / интеграции сигналов-настолько обширных, что при моделировании таких связей одна исследовательская группа используется математическое многообразие из 11 измерений .

Недавние исследования показали, что дендрит-это гораздо больше, чем простой рецептор и интегратор сигналов. Существует сложная субсинаптическая архитектура, которая дает дендриту вычислительную мощность, обычно приписываемую многослойной нейронной сети-т. е. только дендрит может выполнять сложные вычисления, и поэтому многопараллельная вычислительная мощность одного нейрона намного превосходит то, что было условно принято.

Комментируя модель нейрона как простого интегратора, Бартлетт Мэл, компьютерный нейробиолог из Университета Южной Калифорнии, сказал: "это по существу нейрон, который сжимается в точку в пространстве. У него не было никакой внутренней артикуляции активности. Модель игнорировала тот факт, что тысячи входных сигналов, поступающих в данный нейрон, приземляются в разных местах вдоль его различных дендритов. Он игнорировал идею (в конечном счете подтвержденную), что отдельные дендриты могут функционировать по-разному друг от друга. И он игнорировал возможность того, что вычисления могут выполняться другими внутренними структурами.”

Новое открытие подтверждает прогноз, сделанный научно-исследовательской группой компании Torus Tech LLC. В моей собственной модели, обсуждающей молекулярную цитоархитектонику мозга и его роль в сознании, я описал новую нейрокомпьютационную парадигму следующим образом (обратите внимание, что мое описание обработки информации в биологической системе подчеркнуто не ограничивается нейронами):

"Свободная от масштаба сложность, связанная с биологической системой в целом и нейроном в частности, означает, что внутри каждой клетки существует настоящий макромолекулярный мозг, по крайней мере, в плане структурной сложности, а возможно, и в определенной степени функциональной сложности—фрактальная иерархия. Это означает, что чрезвычайно упрощенное представление синапса как единого цифрового бита искажает реальность ситуации—например, если мы будем использовать терминологию нейрокомпьютационной модели, каждая "вычислительная единица" содержит в себе настоящий макромолекулярный мозг. До сих пор нет ни одной компьютерной или человеческой технологии, эквивалентной этому .
- Уильям Браун, курс больших вопросов Академии резонанса, урок III: клеточная голографическая информационная связь / чувствительность и кодирование памяти в клеточных и макромолекулярных системах. 2018.

Модель, описываемая в моем курсе клеточная голографическая информационная связь, по существу говорит о том, что вычислительная мощность, обычно приписываемая мозгу в целом, вероятно, содержится в одном нейроне. И действительно, последние исследования подтверждают, что существует многослойная обработка информации, происходящая в отдельных нейронах, и это только оценка субсинаптических структур дендрита. При распространении на внутренние структуры актиновых нитевидных сетей кластеры Познера, и митохондриальная ретикулярная матрица, которая может работать с квантовыми принципами для массивной параллельной обработки, вычислительная мощность одной клетки будет обнаружена ошеломляющей.

Гордон Шепард из Йельской медицинской школы заявил об этом, когда сказал: “Большая часть мощности обработки, которая происходит в коре головного мозга, на самом деле подпороговая; система одного нейрона может быть больше, чем просто одна интегративная система. Это может быть два слоя, а то и больше."Теоретически почти любое мыслимое вычисление может быть выполнено одним нейроном с достаточным количеством дендритов, каждый из которых способен выполнять свою собственную нелинейную операцию.

Ссылка:
дендритные потенциалы действия и вычисление в слое 2/3 кортикальных нейронов человека. Альберт Гидон, Тимоти Адам зольник, Павел ФИДЗИНСКИЙ, Феликс БОЛДУАН, Афанасия ПАПУЦИ, Панайота ПОЙРАЗИ, Мартин ХОЛТКАМП, Имре вида, Мэтью Эван ЛАРКУМSCIENCE03 JAN 2020 : 83-87
дендритные потенциалы действия расширяют репертуар вычислений, доступных нейронам человека.

Источник: www.resonancescience.org

Комментарии: