Ученые смогли показать работу концептуальных клеток на симфонии Бетховена
Теоретическое обоснование того, что за абстрактные понятия в мозгу отвечают отдельные особые клетки, сделали ученые, информация об исследовании опубликовали в журнале Scientific Reports, об этом 22 мая пишет пресс-служба Российского научного фонда (РНФ).
Ученые из разных стран под руководством Валерия Макарова из Национального исследовательского Нижегородского государственного университета имени Н. И. Лобачевского смогли впервые теоретически обосновать существование концептуальных клеток.
Ученые создали математическую модель, которая имитирует работу нейронов в гиппокампе — части мозга, которая отвечает за память и ориентацию в пространстве.
С помощью математических расчетов, ученые смогли определить три фундаментальных принципа, которые обеспечивают отдельным клеткам высокие когнитивные способности.
Первым принципом стала строгая иерархии нейронных слоев. Селективный слой нейронов выделял сигналы, а концептуальный слой связывал сигналы с абстрактными понятиями. Вторым принципом стала связь концептуального нейрона с большим числом принимающих нейронов. Третий принцип говорил о изменении силы передачи информации между нейронами. Эти три принципа позволяли данной системе самообучаться и увеличивать когнитивные способности концептуального слоя, нейроны которого таким образом становились концептуальными клетками.
Для проверки модели, ученые создали нейронную сеть из 3200 клеток селективного слоя и 1600 клеток концептуального слоя. Нейроны фиксировали 8 разных звуковых волн, в каждой из которых было по 8 колебаний. Клетки фиксировали каждое колебание как отдельный сигнал, на который приходилось примерно по 50 нейронов селективного уровня. Сначала система была отработана на случайных звуках, но после самообучения область работы нейронов сузилась. Систему прогнали через девятую симфонию Бетховена. В процессе отработки селективные нейроны фиксировали звуковые волны, а когнитивные нейроны, обрабатывая данные, выделяли из них отдельные ноты, действуя при этом как концептуальные клетки.
«Современные нейронные сети копируют структуру биологических систем. В результате этого они уже превосходят людей в распознавании образов, но пока отстают в когнитивных способностях. Поэтому для дальнейшего развития этой области необходимо лучше понимать, как мозг осознает информацию. Обнаружение концептуальных клеток, существование которых мы смогли теоретически обосновать с помощью трех фундаментальных принципов, может иметь огромное значение для нейробиологии и теории нейронных сетей», — прокомментировал эксперимент руководитель проекта Валерий Макаров из Нижегородского государственного университета имени Н. И. Лобачевского.
Напомним, долгое время существовала гипотеза, что сложные абстрактные понятия требуют согласованной и идеально работающей группы нейронов в мозгу. Другая теория напротив считает, что за каждое отдельное понятие отвечает одна клетка, которую ученые называют концептуальной.
В качестве доказательства второй теории, ученые приводят пример так называемых «нейронов Дженнифер Энистон», которые активировались у испытуемых, когда им показывали фотографию этой актрисы во время экспериментов профессора Родриго Кирога из Лестерского университета.