Узнайте, как мозг работает с помощью вычислений

Ускорение прогресса в нейробиологии помогает нам понять общую картину - как ведут себя животные и какие участки мозга участвуют в возникновении такого поведения - а также небольшую картину - как взаимодействуют молекулы, нейроны и синапсы. Но между этими двумя шкалами существует огромный разрыв знаний, от всего мозга до нейрона, сообщает forumssity.

Команда во главе с Христосом Пападимитриу, семейным профессором компьютерных наук Донована в Columbia Engineering, предлагает новую вычислительную систему для расширения понимания мозга на промежуточном уровне, между нейронами и когнитивными явлениями, такими как язык. Группа, в которую входят компьютерные специалисты из Технологического института Джорджии и нейробиолог из Технологического университета Граца, разработала архитектуру мозга, основанную на нейронных сборках, и они демонстрируют ее использование в синтаксической обработке при производстве языка; их модель, опубликованная онлайн 9 июня в PNAS , согласуется с недавними экспериментальными результатами.

«Для меня понимание мозга всегда было вычислительной проблемой», - говорит Пападимитриу, который увлекся мозгом пять лет назад. «Потому что, если это не так, я не знаю, с чего начать».

Он был подстегнут исследователем из Колумбии и лауреатом Нобелевской премии Ричардом Акселем, который недавно отметил: «У нас нет логики для превращения нейронной активности в мысль и действие». Пападимитриу подумал, что произойдет, если он интерпретирует эту «логику» как язык программирования, такой как Python: так же, как Python манипулирует числами, логика мозга манипулирует популяциями нейронов.

Он и его команда разработали вычислительную систему, исчисление сборки, которая охватывает операции над сборками или большими группами нейронов, которые, по-видимому, участвуют в когнитивных процессах, таких как запечатление воспоминаний, понятий и слов. Точно так же, как программы Python могут быть скомпилированы в машинный код и выполнены, сборочное исчисление в принципе может быть переведено на язык нейронов и синапсов. Исследователи смогли показать, как аналитически, так и посредством моделирования, что система реально реализуема на уровне нейронов и синапсов.

«Итак, мы наконец сформулировали нашу теорию о природе« логики », которую искал Аксель, и подтверждающих ее фактов», - говорит Пападимитриу, который также является членом Института данных. «Теперь самое сложное: примут ли неврологи нашу теорию всерьез и попытаются найти доказательства того, что нечто подобное происходит в мозгу или нет?»

Получив новый трехлетний грант от Национального научного фонда, команда теперь работает с экспериментальными нейропсихологами в CUNY, чтобы провести эксперименты с МРТ на людях, чтобы проверить предсказания их теории относительно языка.