迷信家发明年夜脑完成信息处置才能最年夜化的机制

我们年夜脑中数十亿个自力的神经元是若何互相交错在一路，并构建出一个弱小的系统，甚至可以击败最先辈的人工智能？一切这些巨大的互相感化似乎都与令人弗成思议的盘算才能的有关。这个中的奥妙不断以来都是个迷。

在过来的20年里，越来越多的证据支撑如许一种实际，年夜脑本身的稳态机制许可其主动调理到一个临界点，以让高兴水平最年夜化且不会堕入相似于相变的凌乱形态。这种临界假说断言：在这条临界限上，信息处置才能是最年夜化的。

但是，这一实际的一个症结猜测（临界性切实其实是一个设定点，而不只仅是必定性）历来没有获得验证。直到比来揭橥在Neuron上的一篇研讨中，来自美国华盛顿年夜学的研讨团队直接证明了这一历久存在于自在行动植物年夜脑中的猜测。

研讨通信作者、华盛顿年夜学文理学院的生物学助理传授Keith Hengen说：“当神经元联合在一路时，它们会自动地寻觅临界区域。我们的新研讨验证了临界限实际中的年夜部门内容，并证实临界性是正常任务年夜脑收集的特点。”

研讨人员人肯定，临界性是被自动调理的，但其面前的机制并不复杂。Hengen说：“我们诧异地发明，在我们的模子中，临界性次要是由一群克制性神经元招致的，这些神经元可以很好地调理更年夜收集的组织。”

临界性是独一已知的优化信息处置的盘算机制，如记忆、静态规模以及编码和传输庞杂形式的才能。实际物理学家最后提出年夜脑能够是临界性的，但神经迷信家们的反响并纷歧致。

Hengen说：“关于临界性的坚实实际研讨由来已久，也有一些风趣的争议为其增加了兴趣。我以为这种争辩来自两个方面。起首，年夜部门活体研讨在很年夜水平上是描绘性的，其缘由在于这些数据集难以搜集且难以剖析。不论怎样说，年夜脑处置临界形态的直接证据是不存在的。其次，关于人们用来权衡临界性的数学办法也存在好多争辩。比来，人们不再测量可以从随机噪声中得出的复杂幂次定律，并开端研讨所谓的指数关系。到今朝为止，这是独一真正的临界性标记，也是我们一切测量的根底。”

他说：“我们试验室为处理年夜脑中的临界性成绩做出了十分主要的奉献，由于我们在单个神经元的分辩率长进行研讨，在相当长的工夫内将临界区的静态变更作为一个工夫函数来不雅察。”

这项新研讨的第一作者、华盛顿年夜学文理学院的物理学博士Zhengyu Ma与物理学传授Ralf Wessel配合完成了这项研讨。该研讨应用了Hengen在布兰代斯年夜学搜集的自在行动小鼠的神经记载数据。Hengen后来在华盛顿年夜学树立了本人的试验室，他正在搜集本人的神经元记载，这些记载跨越数月而且来自数百个神经元。

Ma说：“工夫分辩率十分高，这是一个优势。并且，他们可以持续记载9天。我对此依然觉得十分诧异。没有几个试验室可以停止持续9天的记载。” 除了多数破例，过来的神经记载工夫平日是30分钟，最多几个小时，而这是用来限制临界性试验测试的最年夜值。

跟着Ma在盘算才能方面获得的冲破，Hengen与他的合着者们能将其记载的年夜量单个神经元数据停止归并处置，从而结构出全部神经收集的运动模子。

应用持续一周以上追踪神经元运动的技巧，研讨人员初次证明，即便在全部明暗周期中，视觉皮层中的收集动力学都可以稳健地调剂为临界形态。

接上去，经过遮挡一只眼睛的视觉，研讨人员发明临界形态被严重毁坏，这比影响单个神经元放电频率的操作还早一天起感化。24小时后，记载中再次呈现临界形态，此时单个神经元被视觉褫夺所克制。

Hengen说：“当植物等待看到的和实践经过眼睛看到的呈现不婚配时，盘算才能就会呈现成绩。”他说：“这与以为临界区域与放电频率有关的实际物理不雅点分歧。这不只仅是收集中峰值的总数，由于在视觉褫夺初期，放电频率基本没有改动，而临界形态却掉衡了。”

如今，研讨人员以为，年夜脑的症结性能够与施加和组织盘算动力学的克制性神经元有关。

这项发明关于举措进修和疾病医治具有主要意义。Hengen指出，年夜脑环绕临界性的自组织才能是一个自动的进程，在好多严重的人类疾病中，体内稳态调理的妨碍越来越多地触及严重的人类疾病，如阿尔茨海默症、癫痫、雷特综合症、自闭症和精力决裂症等。

Hengen说：“这项研讨标明，临界是年夜脑收集到达自我均衡的最终目的。这是一个很好的设法主意，年夜脑可以将呈现的特点调剂到被物理学家精确猜测的形态。从直觉上讲，退化选择了发生最优解的基因。但工夫会证实一切。我们还有好多任务要做。”(100yiyao.com）