Laut Dr. Joe Тзина, führender нейробиолога an der Universität von Augusta in Georgia, der Schlüssel zur Intelligenz liegt in einer einfachen, непритязательном Gleichung: N = 2i – 1. In der Basis der Theorie der Gebundenheit Тзина liegt die Beschreibung dessen, wie unsere Milliarden von Neuronen flexibel versammeln sich nicht nur mit der Bildung von wissen, sondern auch durch die Kristallisation Konzepte und экстраполирования studierten Ideen, sowie überlegungen über die Dinge, die wir noch nicht erlebt.
«Intelligenz im Grunde ist es Ungewissheit und endlosen Möglichkeiten», sagt Тзин.
Wenn Sie ungläubig starrten auf eine Gleichung, sind Sie nicht allein. Die Theorie scheint so banal, dass Sie leicht zu entlassen als einen weiteren Versuch, zu entwirren das neuronale Code — nur eine Theorie, ohne Beweise.
Aber in einer neuen Studie, veröffentlicht in Frontiers in Systems Neuroscience, Тзин und sein Team testeten Ihre Theorie in einer Reihe von Experimenten mit Tieren und herausgefunden, dass es wird für die sieben verschiedenen Bereiche des Gehirns, die Definition der grundlegenden Verhaltens-Funktionen wie Ernährung, Gedächtnis und Angst.
Und einfach noch nicht die schockierende Aspekt der Ideen Тзина.
Was noch umstrittener Theorie konvergiert Angesicht zu Angesicht mit der grundlegenden Lehre in der Neurobiologie: die Zellen, die zusammen aktiviert werden, zusammen und verbinden sich.
Diese jahrhundertealte Idee ist so allgemein angenommen, dass es als Dogma. Es besagt, dass, wenn die Nervenzellen zusammen aktiviert werden, kodierend ein Objekt, Konzept oder eine Erinnerung, deren Verbindung gestärkt. Wenn irgendein Teil dieses Ensembles wird in der Zukunft, hebt Sie aus dem Gedächtnis eine vollständige Erinnerung an. Mit anderen Worten, die Zellen werden aktiviert nach dem Zufallsprinzip, aber verbinden sich nicht zufällig im Laufe der Ausbildung.
Auf der grundlegenden Ebene der Verflechtung Gehirn tief verwurzelt.
Nach Meinung der Тзина, diese Theorie hat den Sinn, sowohl in Bezug auf Zellen und Berechnungen, sondern «in sehr schöner Weise verschwimmt».
Ihrerseits Тзин glaubt, dass das Gehirn arbeitet auf der Basis der im Voraus programmierten und gespeicherten Netzwerken. Diese Netze nicht erlernen; stattdessen bestehen Sie aus im Voraus festgelegten neuronalen Netzen besteht, die in übereinstimmung mit einer einfachen mathematischen Prinzip.
Mit anderen Worten, auf einer grundlegenden Ebene Weben Gehirn tief verwurzelt — diese Motive, installierte Genetik, liegen tief in der Grundlage unserer Fähigkeit, Merkmale zu extrahieren, finden Zusammenhänge, abstrakte wissen zu extrahieren und letztlich zur Vernunft.
«Meiner Meinung nach, Joe Тзин bietet eine interessante Idee über die Prinzipien der Organisation des Gehirns, und es bestätigt faszinierend und überzeugend bewiesen», sagt Dr. Thomas Зюдхоф, Neurobiologe an der Stanford University und Nobelpreisträger für Physiologie und Medizin des Jahres 2013. «Diese Idee lohnt».
Die Theorie der Gebundenheit
Тзин nicht vom Hörensagen vertraut mit der Forschung der Intelligenz.
Arbeiten an der Princeton University vor 17 Jahren, Тзин war unter den ersten, die die Methode der Gentechnik schuf das «intelligente Maus», die schneller studiert, länger daran und löste schwierige Probleme in einem Labyrinth schneller als Ihre konventionellen Pendants.
Erstellen der Maus «Bogen», benannt nach einem genialen teenager in der TV-Serie Bogen Hauser, führte die Wissenschaftler auf die Idee: wenn die änderung nur wenige Gene kann dramatisch verändern die kognitiven Fähigkeiten unabhängig von der Ausbildung, vielleicht sind diese Untersuchungen betrafen grundlegende Verflechtung des Gehirns.
Einige Jahre später, durch das erlernen, wie Mäuse bilden verschiedene Arten von schrecklichen Erinnerungen, Тзин entdeckt, dass Zellen im Hippocampus — speichermitte des Gehirns — reichten in der Natur zu aktivieren.
Einige Zellen aktiviert in Reaktion auf jede Art von schrecklichen Ereignissen — Luft-Explosion von der Rückseite (simulierte Angriffe Eulen), einen Shake in der Art von Erdbeben oder plötzlichen freien Fall. Andere antworteten auf eine Teilmenge der Ereignisse, wie Erschütterungen und Tropfen, aber nicht auf die Luft-Explosion. Andere wurden noch mehr wählerisch, die erzwungen werden nur als Reaktion auf kontextabhängige Ereignisse, wie das Erdbeben in blau, aber nicht in einem roten Raum.
Bei der Zusammenstellung der Karten Neuronen bildeten Cluster vom spezifischen zum Allgemeinen.
«Das Korn dieser Idee führte zu der Theorie der Gebundenheit», sagt Тзин.
Im Kern dieser Theorie liegt die Formel N = 2i – 1, die mathematische Logik der Verflechtung in der zweiten Stufe, die veranschaulicht, wie neuronale Netze gehen vom spezifischen zum Allgemeinen.
Jedes neuronale Netz wird als «Clique». Einfache Klicks enthält Neuronen, die eine bestimmte Eingabe. Entgegen der weitverbreiteten Meinung, dass die einzelnen Neuronen sind die grundlegenden Computing-Einheit des Gehirns, Тзин sagt, dass diese Rolle übernehmen müssen neuronale Cluster.
«Dadurch kann das System vermeiden, im Falle eines totalausfalls der Verlust eines Neurons», erklärt Тзин.
Diese einfache neuronale Klicks dann verwoben in einem großen Netzwerk, die als functional connectivity motifs (FCM) in übereinstimmung mit N = 2i – 1. In dieser Formel steht N für die Anzahl der neuronalen Klick, den auf verschiedene Weise, und i — Arten von Informationen, die Sie erhalten.
Zum Beispiel, sagen, Sie haben ein Tier, das Essen will und Weibchen (i = 2). Daher benötigt drei neuronalen Clique (N = 2 x 2 — 1), um in vollem Umfang seine Bedürfnisse zu befriedigen.
«Nach dieser Gleichung jeder FCM besteht aus einem vollständigen Satz von neuronalen Klick abrufen und verarbeiten verschiedene Eingaben комбинаторным Weise», sagt Тзин.
Kombinieren Sie diese Systeme, das Gehirn kann neue Ideen und Vorstellungen über die Welt, sagt Тзин. In gewisser Weise ist es ein bisschen Demontage und Montage von LEGO, in allen neuen Strukturen. Für ein Tier, das Geschäft mit komplexeren Einführung, jede neuronales Mausklick behandelt verschiedene Aspekte der eingehenden Informationen. Zusammen sind Sie verflochten mit der Bildung von größeren Einheiten, die Eingänge verarbeiten auf höherer Ebene.
Diese Blöcke im Voraus programmiert werden, nicht hier werden, und, nach Meinung Тзина, Computing sind die wichtigsten Bausteine des Gehirns.
So kann das Gehirn Informationen nehmen und verwandeln Kombination der einzelnen Elemente, wie «Erdbeben» und «Landschaft», in mehr Allgemeinwissen wie «Naturkatastrophen».
Da neuronale Netze funktionieren so, Sie bilden eine Schaltung, die gemeinsame Schaltung in vielen verschiedenen Sorten von Informationen. Kombinieren Sie diese Systeme, das Gehirn kann zu bauen neue Ideen und Konzepte über die Welt, sagt Тзин. In gewisser Weise ist eine flexible Kombination von LEGO Steinen mit der Bildung von neuen Strukturen.
Überprüfung der Theorie
Wenn das Gehirn wirklich funktioniert nach der Formel N = 2i — 1, diese Theorie muss für verschiedene Arten von kognitiven Aufgaben. Um die Idee zu testen, die Wissenschaftler haben Mäuse Elektroden-Arrays, um zu hören neuronale Gespräche.
In einem der Experimente, die Wissenschaftler Gaben den Tieren eine Kombination aus vier verschiedenen Arten von Lebensmitteln — Standard Futter -, Zucker-Granulat, Tropfen Reis und Magermilch. Nach der Theorie, die Mäuse sollten 15 (N = 24 — 1) neuronale Klick, um in vollem Umfang zu vertreten jede Art von Lebensmitteln und Ihre verschiedenen Kombinationen.
Das ist, was Sie herausgefunden haben.
Bei der Aufzeichnung der Aktivität der Amygdala, einem Bereich des Gehirns, die Emotionen verarbeitet, einige Neuronen reagieren auf alle Arten von Lebensmitteln, andere wurden selektiv. Sammeln in Cluster für die weitere Aktivität, die Sie formten 15 Klick — genau wie vorhergesagt-Theorie.
In einem anderen Experiment, zur Inbetriebnahme der Angst, der Tiere wurden vier schreckliche Szenarien: eine plötzliche Explosion der Luft, Erdbeben, unerwarteten freien Fall oder ein elektrischer Schock in den Beinen. Diesmal Aufnahmen aus dem Bereich der Großhirnrinde, die verantwortlich für die Angst, auch ergab 15 Zell-Klick.
Ähnliche Ergebnisse wurden auch in anderen Bereichen des Gehirns — insgesamt aus sieben verschiedenen Bereichen. Eine deutliche Ausnahme bezeugten die Dopamin-Neuronen in der Kette der Belohnungen, die dazu neigen, aktiviert werden in binärer Art und Weise, codierenden Begriffe wie gut oder schlecht.
Diese besagt, dass die Gleichung funktioniert für viele kognitive Mechanismen, wenn nicht alle.
Daher sind Sie dazu übergegangen, die Prüfung dessen, dass dieser Algorithmus im Voraus konfiguriert Evolution und Entwicklung, und nicht выучивается. Sie wiederholten die oben beschriebenen Experimente, aber mit der Art der gentechnisch veränderten Mäusen, bei denen das nicht genug NMDA-rezeptor — Hauptschalter benötigt, um änderungen des Netzwerks durch die Ausbildung.
Erstaunlich, aber diese mathematische Regel wurde auch nach dem entfernen von Genen.
Angesichts der Tatsache, dass Neuronen bei Mäusen ohne die NMDA-Rezeptoren können nicht «zusammen aktiviert werden und zusammen verflochten», die Autoren der Studie zu dem Schluss, dass die Theorie der Gebundenheit unterscheidet sich grundlegend von unserem heutigen Konzepte der Plastizität: Sie ist nicht erworben, sondern angeboren sind.
Und was jetzt?
Тзин der Auffassung, dass diese Theorie können Sie sofort verwenden Sie für die überprüfung der Daten darüber, wie Erinnerungen physisch im Gehirn gespeichert werden, und es könnte theoretisch ein Licht auf die Art, wie Krankheit und Alter Symptome wirken sich auf das Gehirn auf zellulärer Ebene.
Dank der gut beschriebenen Algorithmus, bereit für die Inspektion, die Theorie kann auch inspirieren нейроморфные Berechnungen, lehren künstliche Schemas extrahieren von wissen und zeigen flexibles Verhalten.
Die Wurzel der Intelligenz geschlossen werden kann, in einer Gleichung
Ilja Hel