Enligt Dr. Joe Tina, en ledande neurovetenskap vid Universitetet i Augusta i Georgia, nyckeln till intelligens ligger i en enkel, anspråkslös ekvation: N = 2i – 1. Teorin om samhörighet Tina är en beskrivning av hur vår miljarder nervceller på ett flexibelt sätt möta inte bara de pedagogiska kunskaper, men också den kristallisering av de begrepp som studeras och att extrapolera idéer och resonemang om saker som vi inte upplevt.
“Intellekt i sin grund ligger i den osäkerhet och oändliga möjligheter, säger Tin.
Om du stirrade misstroget på den ekvationen, är du inte ensam. Teorin verkar så vanligt att det är lätt att avfärda som ännu ett försök att reda ut neural kod är endast en teori, utan bevis.
Men i det nya verket, som publicerades i Gränser i Neurovetenskap, Tzin och hans team har testat teorin i ett antal experiment med djur och fick reda på att det går till sju olika områden i hjärnan, att identifiera de beteendemässiga funktioner såsom utfodring, minne och rädsla.
Och enkelhet är inte den mest chockerande av tanken Tina.
Vad som är ännu mer kontroversiellt, teorin passar ihop ansikte mot ansikte med den grundläggande läran inom neurovetenskap: de celler som aktiveras tillsammans, och binder.
Denna gamla idé är så allmänt accepterat att det kan anses vara en dogm. Hon säger att när neuroner aktiveras tillsammans, medan du kodar ett objekt, ett koncept eller ett minne, deras relation stärkas. Om någon del av denna ensemble är aktiverat i framtiden, det väcker minnet är fullt minnet. Med andra ord, de celler som aktiveras slumpmässigt, men som av en slump i den lärande processen.
På en grundläggande nivå väv av hjärnan är djupt rotade.
Enligt Tina, denna teori är vettigt både ur synvinkel av celler och beräkningar, men “vackert suddig”.
För sin del, Tsen anser att hjärnan fungerar på grundval av förprogrammerade och sparade nätverk. Dessa nätverk inte lär sig; i stället består de av en redan etablerad neurala nätverk som är anslutna i enlighet med en enkel matematisk princip.
Med andra ord, på en grundläggande nivå väv av hjärnan är djupt rotad — dessa motiv är satt av genetik, ligger djupt i hjärtat av vår förmåga att extrahera funktioner, för att hitta den relationen, för att extrahera abstrakt kunskap och, i slutändan, att prata.
“I min mening, Joe Tsin erbjuder en intressant idé om att principerna om hjärnan organisation, och det bekräftas av spännande och övertygande bevis,” säger Dr. Thomas Sudhof, en neuroforskare vid Stanford University och vinnare av Nobelpriset i fysiologi eller medicin för 2013. “Denna idé som är värd att kolla in.”
Teorin om samhörighet
Tin egen upplevelse med forskning av intelligens.
Arbetar vid Princeton University för 17 år sedan, Tin var bland de första som med genteknik har skapat en “smart mus”, som är snabbare studerat längre ihåg och lösa komplexa problem i labyrinten snabbare än sin konventionella bröder.
Skapandet av musen, “Arc”, uppkallad efter den lysande tonåring i TV-serien Doogie howser, ledde forskarna till idén: om du ändrar bara ett fåtal gener kan dramatiskt förändra kognitiva förmågor, oavsett lärande, kanske dessa studier behandlas de grundläggande väv av hjärnan.
Flera år senare, studera hur musen för att forma olika typer av fruktansvärda minnen, Tsin funnit att celler i hippocampus — minnet centrum av hjärnan — den varierade naturen av aktivering.
Vissa celler aktiveras som svar till någon typ av fruktansvärda händelser — air explosion från bakom (simulerade angrepp ugglor), en shake på det sätt som av en jordbävning eller en plötslig fritt fall. Andra har besvarat den delmängd av händelser, såsom att skaka och falla, men inte air burst. Andra var ännu mer kräsen, aktiveras endast i svar till kontextuella händelser såsom jordbävningen i de blå, men inte i röda rummet.
Vid mappning av nervceller bildas kluster från det specifika till det Allmänna.
“Korn av denna idé ledde till teorin om samhörighet, säger Tin.
Kärnan i denna teori är formeln för N = 2i – 1, matematisk logik väver in andra graden, som illustrerar hur neurala nätverk är att gå från det specifika till det Allmänna.
Varje neurala nätverk kallas ett “klick”. Enkelt klicka på gör att den nervcell tar emot en specifik ingång. I motsats till den utbredda uppfattningen att enskilda neuroner är de grundläggande beräkningsvetenskapliga enhet av hjärnan, Tzin sade att denna roll behöver ta på sig en neural kluster.
“Detta gör att systemet för att undvika katastrofala misslyckande i händelse av förlust av en neuron”, förklarar Tsen.
Dessa enkla neurala clique därefter infunderas i stora nätverk, som kallas funktionell anslutning motiv (FCM) enligt N = 2i – 1. I denna formel, N är antalet neurala kretsar som är anslutna på olika sätt, och jag — vilken typ av information de får.
Till exempel, låt oss säga att du har ett djur som vill ha mat och honor (i = 2). Därför neurala clique (N = 2 x 2 — 1) för att fullt ut tillgodose sina behov.
“Enligt denna ekvation, varje FCM måste bestå av en fullständig uppsättning av neurala kretsar att utvinna och bearbeta olika ingångar i en kombinatorisk sätt, säger Tin.
Genom att kombinera dessa kretsar, hjärnan kan skapa nya idéer och förståelse av världen, säger Tzin. På vissa sätt är det typ av demontering och Montering av LEGOBITAR i alla nya strukturer. För djur, som handlar om mer komplexa ingångar, varje neurala clique hanterar olika aspekter av inkommande information. Tillsammans har de flätas samman till större enheter, som kan bearbeta indata av en högre nivå.
Dessa enheter är förprogrammerade, som inte lärs ut, och, enligt Tina, är de grundläggande beräkningsvetenskapliga byggstenarna i hjärnan.
Alltså, hjärnan kan ta information och vända kombination av enskilda element, till exempel “jordbävning” och “landskap” i en mer Allmän kunskap, exempelvis “naturkatastrofer”.
Eftersom neurala nätverk fungerar på det sättet, de bildar mönster som kan hitta gemensamma mönster i olika typer av information. Att kombinera dessa kretsar, hjärnan kan bygga upp nya idéer och begrepp om världen, säger Tzin. På vissa sätt är det en flexibel kombination av LEGO tegelstenar med bildandet av nya strukturer.
Test av teorin
Om hjärnan verkligen fungerar genom formeln N = 2i — 1, denna teori bör utföras för flera typer av kognitiva uppgifter. För att testa idén, forskare förutsatt möss med kedjor av elektroder för att neurala lyssna till deras samtal.
I ett experiment, forskare gav djuret en kombination av fyra olika typer av mat — standard mat, socker granulat, droppar ris och skumma mjölk. Teorin är att möss ska ha 15 (24 — 1) neurala kretsar, för att till fullo representera alla typer av livsmedel och deras olika kombinationer.
Här är vad de fann.
När du spelar in aktiviteten i amygdala, ett område i hjärnan som bearbetar känslor, vissa nervceller svarat på alla typer av livsmedel, andra var mer selektiv. Samlas i kluster för att ytterligare aktivitet, de bildade 15 klickar du på — precis som förutspås av teorin.
I ett annat experiment som syftar till att börja med av rädsla, de djur som utsatts för fyra skrämmande scenarier: en plötslig explosion av luft, jordbävningen, de plötsliga fritt fall eller stötar under fötterna. Vid denna tid, poster från den delen av hjärnbarken som är ansvarig för rädsla, alltför, har identifierat 15 cell klick.
Liknande resultat har erhållits i andra områden i hjärnan — totalt sju olika områden. Ett anmärkningsvärt undantag avslöjades för dopaminneuron i kedjan av belöningar, som tenderar att vara aktiverad i ett binärt sätt, kodning begrepp som bra eller dåligt.
Detta tyder på att ekvationen för många kognitiva mekanismer, om inte alla.
Så de flyttade på sig för att testa om denna algoritm är konfigurerad för att främja utvecklingen och utvecklingen snarare än lär sig. De upprepade ovanstående experiment men med en typ av genetiskt modifierade möss som saknade NMDA-receptor — huvudströmbrytare som krävs för nätverk och förändringar som orsakas av utbildningen.
Överraskande, detta matematisk regel att köra även efter borttagning av gener.
Med tanke på att nervceller i möss utan NMDA-receptorer kan inte “aktiveras tillsammans och väver samman,” den undersökning som författarna drog slutsatsen att teorin om samhörighet är i grunden skiljer sig från våra nuvarande begreppen plasticitet: det är inte förvärvat men är medfödd.
Vad händer nu?
Tzin anser att denna teori omedelbart kan användas för att granska uppgifter om hur minnen är fysiskt lagras i hjärnan, och teoretiskt, det kan kasta ljus över hur sjukdomar och symtom, av ålderdom påverkar hjärnan på cellulär nivå.
Tack vare en väl beskrivna algoritm, redo att testa teorin kan också inspirera neuromorphic computing, att lära artificiella system för att extrahera kunskap och vara flexibel i sitt beteende.
Roten av intellektet kan slutsatsen dras i en ekvation
Ilya Hel