Fnebo desetiletí neurovědci vyvinuli matematické rámce, aby vysvětlili, jak řídí mozková aktivita chování V předvídatelných, opakujících se scénářích, například při hraní hry. Tyto algoritmy popsaly nejen aktivitu mozkových buněk s pozoruhodnou přesností, ale také pomohly vyvinout Umělá inteligence s nadlidskými úspěchy v konkrétních úkolech, jako je hraní Atari nebo Go.
Přesto tyto rámce nedosahují zachycení podstaty chování lidských a zvířat: naše mimořádná schopnost zobecnit, odvodit a přizpůsobovat se. Naše studie, publikovaná v Nature koncem minulého roku, poskytuje informace o tom, jak mozkové buňky U myší umožňuje toto složitější a inteligentnější chování.
Na rozdíl od strojů mohou lidé a zvířata flexibilně navigovat nové výzvy. Každý den řešíme nové problémy tím, že zobecňujeme z našich znalostí nebo čerpáme z našich zkušeností. Vaříme nové recepty, potkáme nové lidi, vydáme se na novou cestu – a dokážeme si představit následky zcela nových možností.
Právě v polovině 20. století popsal psycholog Edward Tolman koncept „kognitivních map“. Jedná se o interní mentální reprezentace světa, které organizují naše zkušenosti a umožňují nám předvídat, co uvidíme dál.
Počínaje sedmdesátými léty vědci identifikovali krásný systém specializovaných buněk v hippocampu (mozkové paměťové centrum) a entorhinální kůru (oblast, která se zabývá pamětí, navigací a vnímáním času) u hlodavců, které tvoří doslovnou mapu našeho prostředí.
Patří mezi ně „Místo buněk“, které střílejí na konkrétních místech, a „mřížky“, které vytvářejí prostorový rámec. Společně tyto a řada dalších neuronů kódují vzdálenosti, cíle a umístění, vytvářejí přesnou mentální mapu fyzického světa a kde jsme v něm.
A nyní se naše pozornost obrátila na další oblasti poznání, než jsme našli cestu kolem zobecnění, inference, představivosti, sociálního poznání a paměti. Do těchto funkcí se také podílejí stejné oblasti mozku, které nám pomáhají navigovat ve vesmíru.
Buňky pro zobecnění?
Chtěli jsme vědět, zda existují buňky, které organizují znalosti našeho chování, spíše než vnější svět a jak fungují. K konkrétně, jaké jsou algoritmy, které jsou základem aktivity mozkových buněk, když se zobecňujeme z minulých zkušeností? Jak se rozdrtíme tu nové těstoviny?
A takové buňky jsme našli. Existují neurony, které nám říkají „kde jsme“ v sekvenci chování (buňky jsme nepojmenovali).
Abychom odhalili mozkové buňky, sítě a algoritmy, které provádějí tyto role, studovali jsme myši a trénovali zvířata k dokončení úkolu. Úkol měl posloupnost akcí s opakující se strukturou. Myši se pohybovaly po čtyřech místech, nebo „cíle“, obsahující odměnu za vodu (A, B, C a D) ve smyčkách.
Když jsme přesunuli umístění cílů, myši byly schopny odvodit, co přišlo dál v sekvenci – i když nikdy tento přesný scénář nikdy nezažili.
Když myši poprvé dosáhly cíle D v novém místě, okamžitě věděli, že se vrátí k cíli A. To nebyla paměť, protože se s ní nikdy nesetkali. Místo toho ukazuje, že myši pochopily obecnou strukturu úkolu a sledovaly jejich polohu v ní.
Myši byly implantovány elektrody do mozku, což nám umožnilo zachytit nervovou aktivitu během úkolu. Zjistili jsme, že specifické buňky v kůře (vnější vrstva mozku) kolektivně mapovaly pokrok cíle zvířete. Například jedna buňka by mohla vystřelit, když zvíře bylo 70 procent cesty k jeho cíli, bez ohledu na to, kde byl cíl nebo jak daleko.
Některé buňky sledovaly pokrok směrem k okamžitým subgoálům – jako je sekání zeleniny v naší analogii vaření -, zatímco jiné mapovaly pokrok směrem k celkovému cíli, jako je dokončení jídla.
Společně tyto buňky pro pokrok v cílech vytvořily systém, který dával naši polohu v behaviorálním prostoru spíše než fyzický prostor. Je důležité, systém je flexibilní a může být aktualizován, pokud se úloha změní. Toto kódování umožňuje mozku předpovídat nadcházející sekvenci akcí, aniž by se spoléhal na jednoduché asociativní vzpomínky.
Běžné zkušenosti
Proč by se mozek měl obtěžovat učit se obecné strukturální reprezentace úkolů? Proč nevytvořit novou reprezentaci pro každou z nich? Aby se zobecnilo, musí úkoly, které dokončíme, obsahovat pravidelnosti, které lze využít – a to.
Chování, které složíme k dosažení našich cílů, je plné opakování. Generalizace umožňuje znalosti přesahovat jednotlivé případy. Po celý život se setkáváme s vysoce strukturovanou distribucí úkolů. A každý den řešíme nové problémy zobecněním z minulých zkušeností.
Předchozí setkání s výrobou Bolognese může informovat nový recept RAGU, protože stejné obecné kroky se vztahují na oba (například počínaje smažením cibule a přidání čerstvých bylin na konci). Navrhujeme, aby buňky probíhající cíle v kůře sloužily jako stavební bloky-vnitřní rámce, které organizují abstraktní vztahy mezi událostmi, akcemi a výsledky. I když jsme to ukázali pouze u myší, je pravděpodobné, že totéž se děje v lidském mozku.
Dokumentováním těchto buněčných sítí a algoritmů, které je jsou základem, stavíme nové mosty mezi neurovědou a neurovědou zvířat a mezi biologickou a umělou inteligencí. A těstoviny.
Mohamady El-Gaby je postdoktorandský neurovědec na Oxfordské univerzitě. Přečtěte si Původní článek.
