В резюме изучения, опубликованного 16 апреля по собственной природе Нейробиология, следователи снабжают лучшее познание того, из-за чего дегенеративные болезни, каковые поражают мозжечок, заставляют людей терять контроль над собственными перемещениями. Их результаты демонстрируют, что мозжечок организован совсем вторым методом, чем текущие проекты неестественных нейронных сетей, каковые на данный момент употребляются в искусственном интеллекте и машинном обучении.Получая образование мозжечке – часть позвоночного мозга, расположенного сзади черепа, что направляет и регулирует перемещения – управляется при помощи ошибок метода и процесса проб.
К примеру, обучаясь стрелять в баскетбол, люди в большинстве случаев отсутствуют неоднократно прежде, чем взять того, которому стреляют через обруч. В то время, когда рука перемещается, мозжечок делает предсказания о последствиях действия. В то время, когда предсказание не соответствует действительности – другими словами, шар пропускает обруч – мозжечок приобретает обратную сообщение от руки и глаз, дабы извлечь уроки из неточности, совершенно верно настраивая факторы, такие как цель, сила и выпуск, дабы сделать корзину. Данный от опробования к опробованию, извлекающий уроки из неточности, создаёт постепенные улучшения работы.
Но научно-исследовательские работы были далеки от расшифровки, как клетки в мозжечке делают предсказания и как они обучаются на собственных неточностях, по словам Резы Шэдмехра, доктора философии, нейробиологии и преподавателя биоинженерии в Медицинской школе Университета Джонса Хопкинса.«Попытка осознать нервную деятельность в мозжечке мало похожа на попытку расшифровать зарубежный язык, сигнал от отдаленной галактики», говорит он.Дабы расшифровать сигнал, Шэдмехр заявил, что команда начала с главных нейронов в мозжечке, названном ячейками Purkinje. Ячейки Purkinje общаются через два типа электрических сигналов: простые шипы, каковые отражают данные относительно предсказания, что клетки делают, и сложные шипы, каковые отражают данные, которую передают обратно в ячейки Purkinje, информируя им неточности в их предсказании.
«Вы имеете возможность думать о несложных шипах как ‘студент’, что делает сложные скачки и предсказание стоимостей как ‘преподаватель’, что снабжает обратную сообщение», говорит Шэдмехр.В прошлом изучении Shadmehr и его исследовательская несколько нашли, что ячейки Purkinje организуют в маленькие группы примерно 50 и совместно делают предсказания, отправляя их продукцию всех участников в один момент. Нейроны, каковые составляют эти группы, разделяют критическую изюминку: они все приобретают тот же самый ошибочный сигнал.
Исходя из этого фундаментальная вычислительная единица в мозжечке не была ни одной ячейкой Purkinje, но маленькой группой, которая извлекает уроки совместно из нередкой неточности. Тогда как более ранняя работа постаралась расшифровать простые шипы отдельных ячеек Purkinje, эти результаты внесли предложение, дабы ключ к пониманию мозжечка должен был организовать ячейки Purkinje в группы и после этого посчитать суммарный результат несложных шипов, создаваемых участниками группы. Делая так, Shadmehr и его команда поняли, что несколько произвела простые шипы, каковые совершенно верно предсказали перемещение глаз мартышки, потому, что это внимательно взглянуло около экрана.
Отыскав метод расшифровать язык, с которым мозжечок, сделанный предсказаниями, следующий ход должен был осознать, как мозжечок извлекает уроки из его неточностей предсказания. Дабы изучить данный вопрос, исследователи измерили мозжечковую деятельность у семи мартышек резуса, оснащенных электродами, и научили их следовать за маленькой целью глазами.
Исследователи копировали «неточность», перемещая цель более скоро, чем мартышки имели возможность совершенно верно угадать, вынудив их довольно часто пропустить цель.Они нашли, что простые шипы имели размеры через электроды, коррелируемые с интенсивностью перемещения – более простые шипы означали, что мартышки должны были двинуть глазами более скоро, дабы поймать цель. По словам исследователей, ячейки Purkinje произвели в среднем 50-70 шипов в секунду.Исследователи нашли, что сложные шипы не передали неточность таким же образом.
Независимо от того, как на большом растоянии от глаз мартышек были от цели, количество сложных шипов, произведенных в мозжечке, осталось то же самое. Вместо этого они нашли, что направление неточности затронуло возможность создания сложного шипа, в то время как величина неточности затронула выбор времени сложного шипа. Исходя из этого язык предсказания был в уровне несложных скачков стоимостей, в то время как язык неточности предсказания был в выборе времени сложного шипа.К примеру, Shadmehr отыскал, что, в то время, когда мартышки пропустили цель 3 градусами расстояния, сложный шип показался по окончании 100 миллисекунд, и в случае если мартышки, скучавшие 8 градусами, сложный шип показался в 120 миллисекундах.
«Другими словами, ‘язык’ преподавателя время, тогда как язык студента – уровень», говорит Шэдмехр.Шэдмехр растолковывает, что текущие автомобили AI в мире надеются на ту же самую базисную структуру и складываются из многих слоев аналогичных нейрону единиц, каковые совместно делают предсказания. Слои таких единиц делают вычисления, передавая результаты к следующему слою, пока процесс не достигает слоя «продукции», что делает последнее предсказание. В то время, когда предсказание автомобили AI неправильное, оно сталкивается с неточностью и, с текущими сетями AI, сообщает ту неточность обратно во все единицы.
«Эти автомобили вдохновлены по тому, как биологические сети обучаются, но что весьма интересно, то, что архитектура мозжечка пара отличается, чем, что было создано в неестественных совокупностях», говорит Шэдмехр. Вместо всех клеток, приобретающих сложные шипы по окончании неточности, в мозжечке, ячейки Purkinje организуют в маленькие группы, любой специализирующийся на ответе на определенные неточности. Клетки Purkinje, думается, организованы на базе предпочтения неточности в лишь части пространства задачи.
Одно из преимуществ архитектуры мозжечка, говорит Шэдмехр, то, что это защищает воспоминания. В то время, когда Вы сталкиваетесь с неточностью направо, она приводит к изучению, затрагивая ячейки Purkinje тот регистр та неточность.
В случае если на следующем опробовании Вы сталкиваетесь с неточностью налево, новая неточность затрагивает новую группу ячеек Purkinje. В следствии новые неточности не стирают память, но приводят к двум свободным воспоминаниям.Повреждение мозжечка может глубоко ослабить свойство сделать перемещения, приводящие к показателям, каковые совместно именуют атаксией. Тайная, которая осталась нерешенной, – то, как мозжечок переводит собственные предсказания на моторные команды то управление перемещения.
Данный конечный итог может разрешить усовершенствовать диагноз мозжечковой заболевании, измерив приобретение знаний из неточности и разрешить ученым соединять моторное нарушение изучения с потерей определенных групп ячеек Purkinje.Среди вторых исследователей, вовлеченных в это изучение, Дэвид Херзфельд из Медицинской школы Университета Джонса Хопкинса и Ешико Койима и Робиджэнто Соетедджо Вашингтона Национальный Центр для Приматов.
Это изучение было поддержано Национальными Университетами Здоровья (R01NS078311), Национальный Глазной Университет (R01EY019258, R01EY023277), Наука Университета Джонса Хопкинса об Изучении Офиса и Института Военно-морского Изучения (N00014 15 1 2312).