Ученые нашли объяснение огромной емкости человеческой памяти
Новая гипотеза специалистов из Массачусетского технологического института может коренным образом изменить наше понимание процессов памяти.
Светлана ЛевченкоАвтор новостей
Долгое время считалось, что основную роль в хранении информации играют нейроны — клетки, которые генерируют и проводят электрические сигналы. Однако новые данные указывают на то, что в этом процессе могут быть задействованы и астроциты — звездчатые клетки, которых в мозге почти столько же, сколько нейронов, и которые ранее считали в основном вспомогательным, обслуживающим элементом нервной ткани.
Исследование команды MIT под руководством Дмитрия Кротова из лаборатории искусственного интеллекта MIT-IBM Watson предлагает принципиально новую модель памяти, в которой активную роль в кодировании и хранении информации играют именно астроциты. Такая модель может наконец-то объяснить поразительную емкость человеческой памяти, которую долгое время пытались безуспешно обосновать исключительно через нейронные связи.
Согласно новой гипотезе, каждый астроцит может взаимодействовать с сотнями тысяч синапсов — соединений между нейронами. Их отростки обвивают синапсы, образуя так называемые трипарные структуры, где к взаимодействию двух нейронов подключается еще и астроцит в качестве третьей стороны. Астроциты не передают электрические импульсы, как нейроны, но могут использовать сигналы на основе перетока ионов кальция для связи друг с другом и с нейронами. Предложенная учеными модель предполагает, что именно таким образом астроциты могут участвовать в обработке и хранении информации, регулируя активность синапсов и вырабатывая глиотрансмиттеры — вещества, подобные нейромедиаторам.
В своей теоретической работе специалисты опираются на усовершенствованную версию модели Хопфилда — нейросетевую архитектуру, которая способна хранить и извлекать сложные образы. Классические модели Хопфилда, связывающие только пары нейронов, ограничены по объему информации. Однако, по мнению ученых MIT, благодаря астроцитам могут создаваться более плотные ассоциативные связи с вовлечением сразу нескольких нейронов, что дает колоссальный прирост в объеме хранимой информации.
Ключевая идея заключается в том, что каждый отросток астроцита можно рассматривать как отдельную вычислительную единицу. Такая детализация позволяет строить сети с высокой емкостью и эффективным использованием энергии. Теоретически, подобная сеть может хранить почти неограниченное количество паттернов — количество ограничивается лишь числом элементов в системе.
Если удастся подтвердить эту модель в эксперименте, она позволит нам не только глубже понять принципы работы человеческого мозга, но и стать источником вдохновения для развития искусственного интеллекта. По мнению авторов, варьируя степень связности между отростками астроциты, можно будет создавать ИИ-модели с новыми свойствами, которые будут плавно переходить от плотной памяти к механизмам внимания.
По мнению профессора Жан-Жака Слотина, эта работа является одним из первых примеров, когда современные открытия в нейронауке начинают оказывать обратное влияние на развитие ИИ. В течение десятилетий искусственный интеллект развивался параллельно с нейробиологией, но редко черпал из нее идеи. Похоже, теперь начинается новый этап, на котором источником прорывов в технологиях снова станет глубинное понимание работы мозга.
Ранее ученые обнаружили еще одну важную функцию астроцитов: эти клетки вырабатывают вещество, которое обращает вспять дегенеративные изменения мозга при деменции.
Поделиться
