Согласно новому исследованию, опубликованному в Nature, большинство нейронов мозга млекопитающих — это не специализированные инструменты, а универсальные многостаночники, которые одновременно кодируют множество различных типов информации.
Исследование
Исследователи из Института Цукермана Колумбийского университета под руководством главного исследователя Стефано Фузи, доктора философии, проанализировали огромный набор данных Международной лаборатории мозга. Команда изучила записи из 43 различных корковых областей у мышей — одно из самых всеобъемлющих исследований активности мозга, когда-либо проводившихся. Их вопрос был прост: является ли каждый нейрон специалистом, посвященным узкой задаче, или большинство нейронов справляются со многими задачами одновременно?
Ответ был поразительным. Нейроны-специалисты существуют, но они — исключение. Подавляющее большинство — универсалы. Эти клетки одновременно кодируют несколько переменных — таких как цвет, форма, ориентация и поведенческая ценность — создавая то, что исследователи называют «высокоразмерным представлением». Вместо одного нейрона для одной задачи мозг объединяет множество атрибутов вместе, повторно используя одну и ту же нейронную популяцию для десятков различных вычислительных задач.
«Мы должны отойти от этого образа мозга как машины, состоящей из шестеренок, каждая из которых имеет точное назначение, которому мы можем прикрепить ярлык», — сказал Фузи. «Вместо этого большинство нейронов могут демонстрировать огромное разнообразие реакций, и это может помочь мозгу решать огромное количество различных задач».
Математическое следствие исследования значимо: анализ отдельных нейронов по одному делает почти невозможным расшифровать, что делает мозг. Истинный сигнал появляется только тогда, когда исследователи наблюдают за популяцией как за коллективом. Это опровергает десятилетия классических исследований, которые отбрасывали нейроны, чьи индивидуальные выходные данные казались трудными для категоризации.
Несмотря на их общий универсальный стиль, эти нейроны не являются избыточными. Каждый сохраняет свою уникальную подпись смешанных переменных, обеспечивая максимальную вычислительную эффективность. Доктор Лоренцо Позани сравнивает картирование этих сетей с просмотром политических карт голосования: издалека появляются четкие региональные кластеры, но при увеличении вы обнаруживаете highly mixed ecosystem of individual processing.
Исследование уже привлекло внимание — более 11 000 загрузок препринта до рецензирования. Команда Фузи сейчас сотрудничает с группой доктора Уэли Рутисхаузера в Калтехе, чтобы картировать данные нейрохирургии человека и проверить, использует ли человеческая кора идентичную архитектуру.
Почему это важно
Это открытие меняет наше представление о когнитивной гибкости. Если большинство нейронов — универсалы, то сила мозга исходит из его коллективной сети, а не из изолированных специалистов. Для вас это означает, что такие способности, как изучение новых навыков, переключение между задачами и адаптация к новым ситуациям, могут опираться на одни и те же гибкие нейронные популяции. Это также предполагает, что тренировка одного когнитивного навыка потенциально может принести пользу другим, потому что лежащие в основе нейроны уже выполняют несколько задач. Исследование бросает вызов идее, что мозг — это набор фиксированных модулей — взгляд, имеющий последствия для того, как мы подходим к образованию, реабилитации и тренировке мозга.
Что вы можете сделать
- Принимайте разнообразные умственные вызовы: Поскольку нейроны универсальны, кросс-тренировка мозга с помощью разнообразных занятий — головоломок, музыки, языка, стратегических игр — может укрепить гибкие сети.
- Сосредоточьтесь на мышлении на уровне популяции: Не зацикливайтесь на упражнениях для одной задачи. Реальное познание использует множество переменных одновременно, поэтому практикуйте сложные, многогранные проблемы.
- Оставайтесь любопытными к своему мозгу: Понимание того, что ваши нейроны созданы для универсальности, может мотивировать вас продолжать учиться новому.
Источник: Neuroscience News
Любопытно узнать о своем мозге? Пройдите наш бесплатный адаптивный тест IQ или попробуйте 306 уровней тренировки мозга.