Новая биотехнологическая нейронная сеть хранит значительно больше воспоминаний
Компьютерное моделирование необходимо для понимания того, как мозг создает и сохраняет сложную информацию, такую как воспоминания. Но разработка таких моделей — сложная задача.
Симфония биохимических и электрических сигналов и клубков связей между нейронами и другими типами клеток создает аппаратное обеспечение, необходимое для закрепления воспоминаний. Однако поместить этот процесс в компьютерную модель для дальнейшего анализа оказалось сложно, потому что нейробиологи все еще изучают биологию мозга.
Сеть Хопфилда, популярная компьютерная модель памяти, теперь была модифицирована исследователями из Окинавского института науки и технологий (OIST) таким образом, чтобы повысить производительность, черпая вдохновение из биологии. Ученые обнаружили, что новая сеть может содержать большее количество воспоминаний и более точно отражать связи нейронов и других клеток мозга.
Сети Хопфилда используют образцы взвешенных связей между многими нейронами для сохранения воспоминаний. Исследователи могут проверить память сети об этих паттернах, предоставив ей серию нечетких или неполных паттернов и посмотрев, сможет ли она идентифицировать их как уже известные. Сеть «обучена» кодировать эти шаблоны.
Однако в классических сетях Хопфилда нейроны в модели образуют ряд «парных» соединений с другими нейронами. Парные соединения имитируют взаимодействие двух нейронов в синапсах мозга, где они соединяются. Мозг полагается на более сложную сеть синапсов для выполнения когнитивных функций, потому что нейроны содержат сложные ветви, называемые дендритами, которые обеспечивают несколько мест связи. Астроциты, другой класс клеток, влияют на связи между нейронами.
Томас Бернс, доктор философии. Студент из группы профессора Томоки Фукаи, который возглавляет отдел нейронного кодирования и мозговых вычислений в OIST, сказал: «Просто нереально, что между нейронами в мозгу существуют только парные связи».
Г-н Бернс создал модифицированную сеть Хопфилда, в которой могут соединяться не только пары нейронов, но и группы из трех, четырех или более нейронов, как это может происходить в мозге через астроциты и дендритные деревья.
Хотя эти так называемые соединения с набором разрешены, новая сеть обычно имеет то же количество соединений, что и старая сеть. Команда обнаружила, что сеть со смесью парных и специфических связей функционировала оптимально и сохраняла больше всего воспоминаний. Они ожидают, что она будет работать как минимум в два раза лучше, чем традиционная сеть Хопфилда.
Мистер Бернс сказал: «Вам нужен набор функций в некотором балансе. У вас должны быть отдельные синапсы, но у вас также должны быть некоторые дендритные деревья и некоторые астроциты».
Команда планирует продолжить работу с модифицированными сетями Хопфилда, чтобы сделать их еще более надежными. Кроме того, г-н Бернс хотел бы изучить способы заставить сетевые воспоминания взаимодействовать друг с другом так, как они взаимодействуют в человеческом мозгу.
Мистер Бернс Он сказалИ «Наша память многогранна и обширна. Нам еще многое предстоит открыть».
Ссылка на журнал:
- Томас Ф. Бернс и Томоки Фукаи. Простые сети Хопфилда. Плакат ICLR 2023. Бумага связь.