Sinirsel gürültü öğrenmenize yardımcı olur 30.03.2015

Yirmi yıl önce, Stanford sinirbilimcileri bazı beyin nöronlarında garip gürültü aktivitesi keşfettiler: Onlar, kendileriyle hiçbir ilgisi yokmuş gibi görünen uyaranlara tepki verdiler. Ve böyle bir aktivite tam olarak beyin bir karar verdiğinde ortaya çıktı. Deneyin kendisi şu şekildeydi: deney hayvanları, ekrandaki noktaların sağdan sola veya soldan sağa nasıl hareket ettiğini belirlemek zorundaydı; doğru cevap verilmesi durumunda ödül verildi. Böyle bir model yardımıyla, kategorilerin oluşumuna beyindeki hangi süreçlerin eşlik ettiğini incelemek mümkündür. Nesnelerin ve fenomenlerin sınıflandırılması, öğrenmenin altında yatan psişenin en genel özelliklerinden biridir ve şu anda beyinde neler olduğunu bilmek gerçekten ilginç olurdu. Bu durumda, anlaşılması kolay olduğu gibi, iki nesne sınıfını ayırt etmek gerekiyordu: bir yönde hareket edenler ve zıt yönde hareket edenler.

Sonuç olarak, harekete yanıt veren bir grup nöron bulmak mümkün oldu ve bunların arasında özellikle karar verme anında aktif hale gelenler vardı. Bununla birlikte, faaliyetleri, bazı hücreler noktaya yanıt olarak “sağdan sola!” diye bağırırken, diğerleri aynı noktaya yanıt olarak, noktanın gerçekte nereye hareket ettiğinden bağımsız olarak “soldan sağa!” diye bağırıyor gibiydi. Gürültü seviyesi, doğru cevap için bir ödül yardımıyla azaltıldı - nöronları ayarladı, onları daha seçici ve daha az gürültülü hale getirdi, böylece çoğunlukla sadece bir "kendi" kategorisine tepki vermeye başladılar. Ve özellikle garip olan şey, korteksin genellikle karar vermeyle ilişkilendirilen alanlarında nöral gürültünün hiç meydana gelmemesiydi.

Beynin "çekirdek olmayan" kısmında nöronların neden gürültülü olduğunu, Tatiana Engel ve meslektaşları tarafından geliştirilen bir bilgisayar modelinin yardımıyla ancak şimdi kısmen öğrenebildik; çalışmalarının sonuçları Nature Communications'da yayınlandı. Model, beynin duyusal alanlarını kategorize edenlerle birleştiren sinir devrelerinin çalışmasını taklit etti. Sanal nöronlar, hayvanlarla yapılan orijinal deneyde olduğu gibi, farklı yönlerde hareket eden ve "sağ" ve "sol" olmak üzere aynı iki sınıfa ayrılması gereken noktaları "gözlemledi".

Simüle edilmiş bir sinir devresi, gerçek olanın aksine, araştırmacıların yaptığı gibi gürültü yapma yeteneğinden mahrum bırakılabilir. Ancak seçime eşlik eden sinirsel gürültü olmadan kategorilerin oluşumunun imkansız olduğu ortaya çıktı. Diğer bir deyişle, sağdan sola hareket eden bir nokta sınıfının zihinde oluşabilmesi için, beynin bazı nöronların aynı anda yanlış cevap için "ajitasyon" yapacağı "gürültülü" koşullarda bir seçim yapması gerekir. Noktaları göz ardı edip daha gerçekçi bir örnek alırsak, her sabah bir fincan kahve ile bir fincan çay arasında seçim yaptığınızı hayal edin. Bir hafta, iki hafta, bir ay, altı ay boyunca her gün bir seçim yaparsınız ve sonunda bir sabah kahvesinin tam olarak ihtiyacınız olan şey olduğu sonucuna varırsınız. Ama aniden beyniniz hiç ses çıkarmadan bir seçim yaparsa, sabah saatleri ile kahve arasında bir bağlantı kurmayacaksınız, sabah kahvesi kavramı ortadan kalkacaktır.

Tabii ki, burada sinirsel gürültüyü "şüphe" veya "olası tüm çözümleri düşünme ihtiyacı" olarak yorumlamak için büyük bir cazibe var. Bununla birlikte, bu tür formülasyonlar, şimdiye kadar belirli nörofizyolojik fenomenlerle pek bağdaştıramadığımız felsefe alanına aittir. Bununla birlikte, gelecekte yeni verilerin, nöral gürültünün yönetimi yoluyla bilişsel yetenekleri geliştiren bazı donanım yöntemlerinin oluşturulmasına izin vermesi iyi olabilir. Ancak şimdilik, gerçekte nereden geldiği görülüyor: onu üreten duyusal bölümler mi, yoksa beynin doğrudan karar verme ile ilgili diğer alanları tarafından mı üretildiği veya hem duyusal hem de bilişsel olup olmadığı. departmanlar burada devreye giriyor.