Нейронный шум помогает учиться

30.03.2015

Двадцать лет назад нейробиологи из Стэнфорда обнаружили у некоторых нейронов мозга странную шумовую активность: они реагировали на такие стимулы, которые, казалось, не имели к ним никакого отношения. И такая активность возникала именно тогда, когда мозг принимал какое-то решение. Сам же эксперимент состоял в следующем: подопытные животные должны были определить, как движутся точки на экране, справа налево или слева направо; в случае правильного ответа выдавалась награда. С помощью такой модели можно изучать, какие процессы в мозге сопровождают формирование категорий. Категоризация объектов и явлений - одна из самых общих особенностей психики, лежащая в основе обучения, и действительно было бы интересно узнать, что в этот момент происходит в мозге. В данном случае, как легко понять, нужно было выделить два класса объектов: те, что движутся в одну сторону, и те, что движутся в противоположную сторону.

В результате удалось обнаружить группу нейронов, реагирующих на движение, причем среди них были такие, которые становились особенно активны именно в момент принятия решения. Однако активность их выглядела так, как если бы одни клетки в ответ на точку кричали "справа налево!", а другие в ответ на ту же самую точку - "слева направо!", вне зависимости от того, куда на самом деле точка движется. Уровень шума снижался с помощью вознаграждения за правильный ответ - оно настраивало нейроны, делая их более разборчивыми и менее шумными, так что они начинали реагировать большей частью только на точки какой-то одной, "своей", категории. Причем особенно странно было то, что нейронный шум происходил вовсе не в тех участках коры, которые обычно связаны с принятием решения.

Зачем шумят нейроны в "непрофильном" отделе мозга, удалось отчасти выяснить только сейчас, с помощью компьютерной модели, разработанной Татьяной Энгил (Tatiana Engel) и ее коллегами; результаты их работы опубликованы в Nature Communications. Модель имитировала работу нейронных цепей, связывающих сенсорные области мозга с категоризирующими. Виртуальные нейроны "наблюдали" точки, которые двигались в разные стороны и которые нужно было распределить по таким же двум классам, "правому" и "левому" - как и в исходном эксперименте с животными.

Смоделированную нейронную цепь, в отличие от настоящей, можно лишить способности шуметь, что исследователи и сделали. Но оказалось, что без нейронного шума, сопровождающего выбор, невозможно формирование категорий. Иными словами, для того, чтобы в уме сформировался класс точек, движущихся справа налево, мозг должен делать выбор в "шумных" условиях, когда часть нейронов одновременно будут "агитировать" за неправильный ответ. Если отвлечься от точек и подобрать более жизненный пример, то представим, что вы каждое утро выбираете между чашкой кофе и чашкой чая. Вы делаете выбор каждый день в течение недели, двух недель, месяца, полугода, и в конце концов приходите к мысли, что утренняя чашка кофе - именно то, что надо. Но если вдруг случится так, что ваш мозг будет делать выбор без всякого шума, то у вас просто не сформируется связи между утренними часами и кофе, само понятие утреннего кофе будет отсутствовать.

Конечно, здесь есть большое искушение интерпретировать нейронный шум как "сомнение", или как "необходимость рассматривать все варианты решения из возможных". Впрочем, такие формулировки относятся, скорее, к области философии, которую мы пока вряд ли можем соотнести с конкретными нейрофизиологическими феноменами. Однако вполне может быть, что новые данные в будущем позволят создать какие-нибудь аппаратные методы, улучшающие когнитивные способности - через управление нейронным шумом. Но пока что предстоит выяснить, откуда он, собственно, берется: то ли это сенсорные отделы его генерируют, то ли его производят другие области мозга, которые непосредственно связаны с принятием решений, или же здесь задействованы и сенсорный, и когнитивный отделы вместе.

<< Назад: Звуковые процессоры xCORE-Audio 30.03.2015

>> Вперед: Дистанционное сканирование отпечатков пальцев 29.03.2015

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Польза белкового завтрака 14.01.2026

Правильное питание по утрам играет ключевую роль в поддержании здоровья и контроле веса. Многочисленные исследования подтверждают, что состав завтрака может влиять на аппетит в течение всего дня и качество употребляемой пищи. Австралийские ученые провели масштабный эксперимент, который показал, что употребление белковой пищи с утра помогает дольше чувствовать сытость и предотвращает переедание. В исследовании участвовали более 9 тысяч человек среднего возраста 46 лет. В период с 2011 по 2012 год специалисты анализировали рационы респондентов, оценивая долю основных макронутриентов. В среднем участники потребляли 43% углеводов, 31% жиров, 18% белков, 2% клетчатки и 4% алкоголя. Такой рацион позволил ученым проследить взаимосвязь между утренним приемом пищи и пищевым поведением в течение дня. Выяснилось, что участники, чей завтрак содержал недостаточное количество белка, ощущали повышенный аппетит в течение дня. Они ели больше, чем необходимо, и часто выбирали продукты с высоким со ...>>

Технология SmartPower HDR 14.01.2026

Ноутбуки стремительно развиваются в плане графики и мультимедийных возможностей, но яркие дисплеи с высоким динамическим диапазоном (HDR) часто становятся серьезной нагрузкой для аккумуляторов. Длительная работа с видео высокого качества или играми в HDR приводит к быстрой разрядке батареи, что ограничивает мобильность пользователей и снижает комфорт работы. Решить эту проблему призвана новая технология SmartPower HDR, разработанная совместно компаниями Samsung Display и Intel. Суть технологии заключается в динамическом управлении напряжением OLED-панелей. Чипсет ноутбука в реальном времени анализирует пиковую яркость каждого кадра и передает эти данные контроллеру дисплея, который оптимизирует подачу напряжения в зависимости от количества активных пикселей. В отличие от традиционных режимов HDR, где яркость часто фиксируется на максимальном уровне, SmartPower HDR адаптируется к конкретному контенту, что снижает энергопотребление без потери качества изображения. Технология позвол ...>>

Недосып существенно сокращает жизнь 13.01.2026

Сон является одной из самых фундаментальных потребностей человека. Он влияет на обмен веществ, работу сердца и мозга, иммунитет и общее самочувствие. Современный ритм жизни часто заставляет людей жертвовать сном ради работы, учебы или развлечений, но ученые предупреждают: регулярный недосып может иметь далеко идущие последствия для здоровья и долголетия. Исследователи из Орегонского университета здравоохранения и науки пришли к выводу, что сон менее семи часов в сутки связан с сокращением продолжительности жизни. По данным специалистов, хроническая нехватка сна не только вызывает усталость и снижение работоспособности, но и постепенно сказывается на здоровье органов и систем, увеличивая риски развития различных заболеваний. Для анализа ученые использовали обширную национальную базу данных США, сопоставляя показатели ожидаемой продолжительности жизни на уровне штатов с результатами опросов Центров контроля и профилактики заболеваний за период с 2019 по 2025 годы. Они учитывали мно ...>>

Накладные ногти iPolish с управление цветом через смартфон 13.01.2026

Американская компания iPolish представила уникальные акриловые накладные ногти, способные мгновенно менять цвет под управлением смартфона, что открывает новые возможности для самовыражения и индивидуального стиля. Для работы устройства пользователю необходимо предварительно зарядить специальный контроллер и подключить его к мобильному телефону. Управление оттенком осуществляется через приложение, синхронизированное с контроллером. После выбора нужного цвета кончик ногтя подносят к модулю, который отправляет кратковременный электрический импульс, запускающий изменение окраски поверхности. Производитель пока не раскрывает подробностей электрохимического механизма, лежащего в основе технологии, однако отмечает, что перекраска одного ногтя занимает около пяти секунд. Такой подход позволяет мгновенно изменять внешний вид ногтей, что делает маникюр более гибким и адаптивным к повседневным условиям. Каждый ноготь поддерживает до 400 различных оттенков и позволяет многократно менять ц ...>>

Моноблок Lenovo ThinkCentre X AIO 12.01.2026

Компания Lenovo представила новый моноблок ThinkCentre X AIO, который отличается нестандартным форм-фактором и ориентирован на профессиональных пользователей. Информацию об анонсе опубликовал портал Gizmochina. Новинка оснащена 27,6-дюймовой IPS-матрицей с разрешением 2560 x 2880 пикселей. Соотношение сторон экрана составляет 16:18, что делает его почти квадратным. По словам производителя, такой формат позволяет одновременно отображать две страницы формата А4, что особенно удобно при работе с текстовыми документами, таблицами, программным кодом или дизайнерскими проектами. Экран имеет стандартную частоту обновления 60 Гц и время отклика 14 мс. Максимальная яркость достигает 300 нит, контрастность составляет 1000:1, а охват цветового пространства достигает 98% по стандарту DCI-P3. Эти характеристики обеспечивают четкое изображение и точную цветопередачу, что важно для профессионалов в области дизайна и обработки контента. Аппаратная платформа моноблока базируется на мобильных п ...>>

Случайная новость из Архива SMS от Йоулупукки 30.05.2005 Финские инженеры создали для удобства туристов службу оповещения о северных сияниях. На далеком Севере можно наблюдать красивейший природный феномен - северное сияние. Его причина - потоки частиц солнечного ветра, которые в районе полюсов время от времени прорываются через радиационные пояса планеты и достигают плотных слоев атмосферы. Например, в лапландской деревеньке Рованиеми - резиденции финского Деда Мороза, оно случается в период с ноября по март почти каждый день. Однако точное время не может предсказать никто, и любознательный турист вынужден долгие часы поглядывать на небо, чтобы не прозевать красоту. "Мы решили помочь людям, - говорит директор Лапландского центра экспертизы для развития промышленности Миикка Рауло. - Теперь сообщение о северном сиянии туристы смогут получать непосредственно в свой сотовый телефон. Эта услуга уже пользуется большой популярностью". Работает служба так. Турист либо перед поездкой заказывает услугу через Интернет, либо в аэропорту берет напрокат мобильный телефон. Именно туда специальный датчик, наблюдающий за свечением неба, и присылает текстовое сообщение о начале северного сияния.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2026