Российские биофизики создали математическую модель работы мозга

Исследователи из России создали алгоритм, который позволяет изучать процесс регуляции нейронной активности и характер взаимодействий нейронов со вспомогательными клетками мозга. Эта математическая модель поможет лучше понимать механизмы работы мозга, сообщила во вторник пресс-служба Российского научного фонда. Результаты работы опубликованы в издании Entropy.

"Ученые построили нейронную сеть, имитирующую взаимодействие нейронов со вспомогательными клетками нервной системы - астроцитами. Вычислительная система смогла смоделировать процесс передачи и воспроизведения визуальных сигналов в головном мозге. Работа поможет лучше понять взаимодействие клеток головного мозга и откроет новые перспективы лечения заболеваний нервной системы", - говорится в сообщении.

Группа российских биофизиков под руководством Сергея Стасенко, старшего научного сотрудника Нижегородского государственного университета (ННГУ), разработала подход, позволяющий детально просчитывать, как кодируется информация внутри нервных клеток и как протекает ее передача в мозге человека.

Ученые отмечают, что этот процесс радикальным образом отличается от того, как хранятся, обрабатываются и передаются данные внутри компьютеров. Нейроны могут одновременно хранить информацию и обрабатывать ее, а также воспринимать множество разнородных аналоговых сигналов. Кроме того, нервные клетки способны по-разному реагировать на те или иные стимулы, а также быстро менять чувствительность к отдельным наборам импульсов.

Математическая модель мозга

На работу нейронов также оказывают влияние соседние с ними вспомогательные клетки, астроциты и микроглия. Эти тельца способны менять характер взаимодействий нейронов-соседей и силу сигналов, которыми они обмениваются.

Российские ученые впервые разработали математическое подобие этой системы. Для этого они модифицировали спайковую нейросеть, одну из популярных разновидностей систем искусственного интеллекта. Ее ключевой особенностью является то, что включенные в нее нейроны вырабатывают и воспринимают сигналы в формате импульсов, что имитирует их передачу внутри реального мозга.

Исследователи из ННГУ модифицировали устройство этой нейросети, чтобы она учитывала воздействие астроцитов на нейроны при передаче как одиночных импульсов между синапсами (контактами), так и "пакетов импульсов" между большим числом клеток. Работу модели нервной системы ученые проверили в рамках эксперимента: они обучили небольшой набор нейронов распознавать черно-белые изображения цифр.

Дальнейшие наблюдения показали, что добавление астроцитов сделало работу системы более реалистичной. Это позволит использовать подобные алгоритмы для изучения механизмов кодирования информации в мозге, а также для создания искусственных нейросетей, столь же хорошо защищенных от помех, как их природные аналоги.