人脑中抽象概念的出现仅通过激活大型神经元复合物而发生
洛巴乔夫斯基大学的科学家与外国同事首次在理论上证实了概念细胞的存在。这些是单独的神经元,每个神经元都负责其自己的抽象概念,例如音符。研究人员以贝多芬第九交响曲为例,展示了这些细胞是如何工作的。这种细胞存在的证据反驳了普遍的共识,即人脑中抽象概念的出现仅通过激活大型神经元复合物而发生。这一新发现也可以在人工神经网络的发展中发挥非常重要的作用。
RSF资助项目负责人,转换技术中心基础与应用研究部高级研究员Valery Makarov解释说,任何生物的大脑都非常复杂。“大脑在神经系统中起着关键作用,神经元是负责接收,处理,存储和传输信号的神经系统细胞。目前,科学界普遍认为,抽象概念在人脑中的出现需要复杂的,完美地协调了无数个神经元的相互作用,但是,有一个假说表明单个神经元,即所谓的概念细胞,可能负责人类执行的复杂任务,这些个体神经元是根据对神经元的特定刺激而形成抽象概念的。例如,他们回应 人的名字。因此,较早时发现了“詹妮弗·安妮斯顿神经元”,每当女演员的画像出现在屏幕上时就会触发该事件。Valery Makarov评论说,这种对某些图像的呈现做出反应的神经元称为“ la祖母细胞”。
研究人员认为,概念细胞在情节记忆中也可以起重要作用。它们的存在使普遍的假设受到质疑,即复杂的认知过程需要多个神经元的完美组织相互作用。
洛巴切夫斯基大学的科学家及其外国同事首次建立了一个模仿海马神经元工作的模型。这是大脑的一部分,尤其是负责记忆和空间定向。
“通过数学计算,我们确定了三个基本原理,这些基本原理可提供单个细胞的高认知能力。首先,它是严格的神经层层次结构。我们研究了神经元选择性层和概念层之间的联系。第一个隔离信号,而第二个过程则将它们处理并与抽象概念联系起来;第二,我们在概念层次上关注了一个神经元与许多接收神经元之间的联系;第三,我们发现了突触可塑性,即之间的信息传递力的变化。神经元起着重要的作用。这些理论原理使概念层的细胞能够学习并显着提高其认知能力,从而成为概念细胞。” Valery Makarov解释说。
该研究的作者使用音符来说明这种学习的可能性。他们形成了一个神经网络,包括选择性级别的3200个单元格和概念级别的1600个单元格。单元暴露于八种不同的声波,每个声波具有八个相移,即振荡。神经元将这些振荡视为单独的信号,因此每个信号大约有50个接收级神经元。最初,他们可以感知到各种各样的随机信号,但是经过训练,他们的行动领域变得更加狭窄和专业。贝多芬第九交响曲的一项实验表明,接收神经元捕获了单个声波,并且在概念级别,这些单元处理了接收到的信息并确定演奏了哪个音符,充当概念单元。