суббота, 28 марта 2015 г.

Нейронный шум помогает учиться

Нейронный шум помогает учиться

Чтобы научиться отличать одно от другого, мозг должен принимать решение в условиях нейронного шума.

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.

Нейрон коры мозга, выращенный в клеточной культуре. (Фото Dennis Kunkel Microscopy, Inc. / Visuals Unlimited / Corbis.)
Нейрон коры мозга, выращенный в клеточной культуре. (Фото Dennis Kunkel Microscopy, Inc. / Visuals Unlimited / Corbis.)

В результате удалось обнаружить группу нейронов, реагирующих на движение, причём 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. Причём 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 её 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.
Любимый журнал «Наука и жизнь» — отличный подарок для любого возраста! Оформите подписку на сайте прямо сейчас

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, берётся: 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.

Автор: Кирилл Стасевич

Источник: nkj.ru

Случайная статья
Статьи по теме
Мысль заставляет нейроны работать вместе

Согласование электрических ритмов помогает мозгу понять общие признаки у разных объектов.
Заметки о нашем поведении. Память и обучение

Память - наш основной ориентир в окружающем мире. Она придает направленность ходу времени, связывая настоящее с прошедшим, нас - с нашими предками, день сегодняшний - с вчерашним.
МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЫСШЕЙ НЕРВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

Моделирование работы мозга — одна из самых интересных научных проблем нашего столетия. В сороковых годах, когда вышли в свет книга Норберта Винера «Кибернетика,
Выбор читателей
Сколько вам лет?

Не торопитесь отвечать на этот простой, как кажется, вопрос.
Как язык влияет на сознание

Свободное владение иностранным языком помогает увидеть мир в новом свете.
Кольцо с надписью «Аллаху» нашли в скандинавской могиле

Артефакт из погребения IX века подтверждает средневековые рассказы о походах викингов в мусульманские страны.

Яндекс.Директ
Уже нашли лампу с аккумулятором?Лампы со скидкой 50%. Светит 8 часов после отключения. Цоколь Е27 + пульт.lamp.savemart.com.ua    Порядок в бизнесеБизнес-лагерь Михаила Рыбакова в апреле. Технология от А до Яmrybakov.ruАдрес и телефон
лампыЛампочки - Подбор по параметрам, сравнение цен в магазинах!ek.ua    Лампа с аккумулятором!Купить Лампу с аккумулятором. Все в наличии! Доставка по Украинеmusic-hall.od.uaАдрес и телефон

ie8fix

Лучшие знакомства Рунета.
Знакомься, общайся, влюбляйся. Проведи время интересно!

Принимайте платежи через Интернет!
200 000 точек оплаты и Visa/MasterCard. Подключите свой бизнес сегодня!

Читайте
в номере

Подписаться
Купить PDF

Вертолеты России-2015

Поддержите сельские библиотеки!




Журналу «Наука и жизнь»- 125 лет!







Подробнее см.: http://www.nkj.ru/news/26063/ (Наука и жизнь, Нейронный шум помогает учиться)Нейронный шум помогает учиться

Чтобы научиться отличать одно от другого, мозг должен принимать решение в условиях нейронного шума.

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.

Нейрон коры мозга, выращенный в клеточной культуре. (Фото Dennis Kunkel Microscopy, Inc. / Visuals Unlimited / Corbis.)
Нейрон коры мозга, выращенный в клеточной культуре. (Фото Dennis Kunkel Microscopy, Inc. / Visuals Unlimited / Corbis.)

В результате удалось обнаружить группу нейронов, реагирующих на движение, причём 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. Причём 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 её 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.
Любимый журнал «Наука и жизнь» — отличный подарок для любого возраста! Оформите подписку на сайте прямо сейчас

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, берётся: 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.

Автор: Кирилл Стасевич

Источник: nkj.ru

Случайная статья
Статьи по теме
Мысль заставляет нейроны работать вместе

Согласование электрических ритмов помогает мозгу понять общие признаки у разных объектов.
Заметки о нашем поведении. Память и обучение

Память - наш основной ориентир в окружающем мире. Она придает направленность ходу времени, связывая настоящее с прошедшим, нас - с нашими предками, день сегодняшний - с вчерашним.
МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЫСШЕЙ НЕРВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

Моделирование работы мозга — одна из самых интересных научных проблем нашего столетия. В сороковых годах, когда вышли в свет книга Норберта Винера «Кибернетика,
Выбор читателей
Сколько вам лет?

Не торопитесь отвечать на этот простой, как кажется, вопрос.
Как язык влияет на сознание

Свободное владение иностранным языком помогает увидеть мир в новом свете.
Кольцо с надписью «Аллаху» нашли в скандинавской могиле

Артефакт из погребения IX века подтверждает средневековые рассказы о походах викингов в мусульманские страны.

Яндекс.Директ
Уже нашли лампу с аккумулятором?Лампы со скидкой 50%. Светит 8 часов после отключения. Цоколь Е27 + пульт.lamp.savemart.com.ua    Порядок в бизнесеБизнес-лагерь Михаила Рыбакова в апреле. Технология от А до Яmrybakov.ruАдрес и телефон
лампыЛампочки - Подбор по параметрам, сравнение цен в магазинах!ek.ua    Лампа с аккумулятором!Купить Лампу с аккумулятором. Все в наличии! Доставка по Украинеmusic-hall.od.uaАдрес и телефон

ie8fix

Лучшие знакомства Рунета.
Знакомься, общайся, влюбляйся. Проведи время интересно!

Принимайте платежи через Интернет!
200 000 точек оплаты и Visa/MasterCard. Подключите свой бизнес сегодня!

Читайте
в номере

Подписаться
Купить PDF

Вертолеты России-2015

Поддержите сельские библиотеки!




Журналу «Наука и жизнь»- 125 лет!







Подробнее см.: http://www.nkj.ru/news/26063/ (Наука и жизнь, Нейронный шум помогает учиться)

Нейронный шум помогает учиться

Чтобы научиться отличать одно от другого, мозг должен принимать решение в условиях нейронного шума.
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, причём 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. Причём 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 её 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.
Любимый журнал «Наука и жизнь» — отличный подарок для любого возраста! Оформите подписку на сайте прямо сейчас
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, берётся: 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.  

Автор: Кирилл Стасевич
Источник: nkj.ru





Подробнее см.: http://www.nkj.ru/news/26063/ (Наука и жизнь, Нейронный шум помогает учиться)

Комментариев нет:

Отправить комментарий