یک مطالعه جدید منتشر شده در مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم (PNAS) نشان میدهد که نورونهای منفرد انسان میتوانند محاسبات بسیار پیچیدهتری نسبت به نورونهای سایر پستانداران انجام دهند. این کشف دیدگاه جدیدی در مورد آنچه ممکن است مغز انسان را غیرعادی کند ارائه میدهد.
مغز انسان چگونه تواناییهایی مانند زبان، تخیل، ریاضیات و اختراع را تولید میکند؟
برای دههها، دانشمندان عمدتاً به اندازه و اتصالات برای یافتن پاسخ نگاه کردهاند. مغز انسان حاوی نزدیک به ۱۰۰ میلیارد نورون است که از طریق شبکه عظیمی از اتصالات به هم مرتبط شدهاند. با این حال، تحقیقات جدید نشان میدهد که بخش مهم دیگری از توضیح ممکن است در سطح بسیار کوچکتری، در قابلیتهای پردازشی قابل توجه سلولهای مغزی منفرد یافت شود.
نورونهای انسانی پردازشگرهای اطلاعات قدرتمندی هستند
محققان دریافتند که نورونهای قشر مغز انسان به عنوان واحدهای پردازش اطلاعات ("ریزتراشهها") به طور قابل توجهی پیچیدهتر از سلولهای مشابه در سایر پستانداران عمل میکنند. این نتایج این احتمال را مطرح میکند که اجزای منفرد قشر مغز انسان به طور غیرعادی قدرتمند هستند، که میتواند به توضیح چگونگی توسعه تواناییهای شناختی استثنایی در انسان کمک کند.
این تحقیق توسط محققان دانشگاه عبری، پروفسور آیدان سگف و پروفسور میکی لندن، همراه با دانشجویان دکترا آیدو آیزنبود و دانیلا یوئلی، در مرکز علوم مغز ادموند و لیلی سفیر (ELSC) رهبری شد. این تیم همچنین با پروفسور کریس د کوک از دانشگاه آزاد آمستردام همکاری کرد.
"مردم اغلب یک نورون را به عنوان یک کلید ساده در نظر میگیرند که یا روشن میشود یا خاموش،" سگف گفت. "آنچه ما نشان میدهیم این است که یک نورون منفرد انسانی به خودی خود یک دستگاه محاسباتی فوقالعاده پیچیده است."
اندازهگیری قدرت محاسباتی یک سلول مغزی
برای بررسی اینکه یک نورون منفرد چقدر محاسبه میتواند انجام دهد، محققان روش جدیدی برای اندازهگیری پیچیدگی محاسباتی سلولهای مغزی منفرد ایجاد کردند. آنها مدلسازی پیشرفته کامپیوتری را با هوش مصنوعی ترکیب کردند تا تعیین کنند که یادگیری و بازتولید رابطه بین اطلاعات وارد شده به یک نورون و پاسخی که تولید میکند برای یک شبکه عصبی مصنوعی پیشرفته (ANN) چقدر دشوار است.
ایده اصلی ساده است. اگر یک "دوقلوی" مصنوعی برای تقلید از رفتار یک نورون بیولوژیکی به پیچیدگی بیشتری نیاز داشته باشد، آنگاه خود نورون بیولوژیکی قدرت محاسباتی بیشتری دارد.
نتایج یک مزیت چشمگیر را برای نورونهای قشر مغز انسان نشان داد. درختان دندریتی بسیار منشعب و ویژگیهای الکتریکی متمایز آنها به آنها اجازه میدهد تا محاسبات پیچیدهای بر روی اطلاعات ورودی، از جمله ورودی بصری (به عنوان مثال، تمایز بین تصاویر گربه در مقابل سگ) انجام دهند.
به عبارت دیگر، یک نورون قشر مغز انسانی منفرد بسیار بیشتر از یک جزء ساده "روشن-خاموش" است. هر سلول میتواند به عنوان یک واحد محاسباتی پیچیده به خودی خود عمل کند، با تواناییهای محاسباتی قابل مقایسه با یک شبکه عصبی عمیق.
دیدگاه جدیدی از هوش انسان
این یافتهها این ایده دیرینه را که هوش عمدتاً از تعداد نورونهای مغز و اتصالاتی که آنها را به هم پیوند میدهد ناشی میشود، به چالش میکشد. در عوض، این تحقیق نشان میدهد که پیچیدگی نورونهای منفرد نیز ممکن است به طور مهمی در تکامل شناخت انسان نقش داشته باشد.
محققان همچنین یک چارچوب سیستماتیک و به طور گسترده قابل استفاده برای اتصال ساختار فیزیکی سلولهای مغزی با قابلیتهای محاسباتی آن سلولها ایجاد کردند. این رویکرد میتواند به دانشمندان کمک کند تا به درک چگونگی تولید تفکر، یادگیری و شناخت توسط مغز انسان نزدیکتر شوند.
نورونهای انسانی میتوانند الهامبخش هوش مصنوعی جدید باشند
این یافتهها همچنین میتوانند بر آینده هوش مصنوعی تأثیر بگذارند. سیستمهای یادگیری ماشین پیشرو امروزی از واحدهای مصنوعی بسیار سادهشده ساخته شدهاند. تحقیقات جدید به امکان دیگری اشاره میکند: هوش مصنوعی الهامگرفته از مغز که از واحدهای مصنوعی ساخته شده است که خود از نظر محاسباتی عمیق و قدرتمند هستند و شباهت بیشتری به قابلیتهای نورونهای بیولوژیکی دارند.