Onze hersenen bevatten een basisalgoritme waarmee we niet alleen katten kunnen herkennen in alle afbeeldingen op internet, maar ook de intelligentie triggeren die ons maakt tot wie we zijn: intelligente wezens, mensen.
"De kern van onze complexe hersenberekeningen is relatief eenvoudige wiskundige logica", zegt Dr. Joe Tsien, een neurowetenschapper aan het Georgia College of Medicine aan de Augusta University. Hij vertelt over zijn "fusietheorie", het fundamentele principe van de assemblage en relatie van onze miljarden neuronen.
"Bij intelligentie draait het veel om werken met onzekerheid en eindeloze mogelijkheden", zegt Tsien. Het wordt geboren wanneer een groep vergelijkbare neuronen een verscheidenheid aan groepen vormt die fundamentele dingen verwerken: voedsel, onderdak, vrienden en vijanden herkennen. Deze groepen smelten vervolgens samen tot Functional Connectivity Motives (FMP's) om elke mogelijkheid van deze basisprincipes aan te pakken, zoals de conclusie dat rijst deel uitmaakt van een belangrijke voedselgroep die een Thanksgiving-bijgerecht zou zijn. Hoe complexer de gedachte, hoe meer neuronen in een groep samenkomen (of 'kliek', zoals de wetenschapper het noemt).
Dit betekent bijvoorbeeld dat we niet alleen de bureaustoel herkennen, maar ook het kantoor waarin we de stoel zagen, en we weten dat we in dit kantoor op deze stoel zaten.
"Je weet dat dit een kantoor is, of het nu bij jou thuis of in het Witte Huis is", zegt Tsien, erop wijzend dat het vermogen om kennis te conceptualiseren een van de vele dingen is die ons onderscheiden van computers.
Tsien publiceerde zijn theorie voor het eerst in oktober 2015 in het tijdschrift Trends in Neuroscience. Nu hebben hij en zijn collega's dit algoritme gedocumenteerd in zeven verschillende hersengebieden die verband houden met deze basisprincipes, zoals voedsel en angst bij muizen en hamsters. Hun grondgedachte werd gepubliceerd in het tijdschrift Frontiers in Systems Neuroscience.
"Om dit principe universeel te laten zijn, moet het in veel neurale circuits werken, dus selecteerden we zeven verschillende hersengebieden en zagen we plotseling dit principe in al deze gebieden aan het werk", zegt hij.
Het menselijk brein zou, zo lijkt het, niet kunnen werken zonder de meest complexe organisatie - het is hard nodig voor 86 miljard neuronen, ondanks het feit dat elk neuron tienduizenden synapsen kan hebben, en tussen al deze neuronen zijn er biljoenen interacties. En bovenop al deze ontelbare verbanden is er de realiteit van een oneindig aantal dingen die we vermoedelijk allemaal kunnen begrijpen en bestuderen.
Promotie video:
Neurowetenschappers en computerexperts hebben zich lang afgevraagd hoe de hersenen in staat zijn om niet alleen specifieke informatie vast te houden, zoals een computer, maar ook - in tegenstelling tot zelfs de modernste technologieën - om informatie te classificeren en samen te vatten in abstracte kennis en concepten.
"Veel mensen hebben lang aangenomen dat er een basisontwerpprincipe zou moeten zijn waaruit intelligentie stroomt en de hersenen zich ontwikkelen, zoals de dubbele DNA-helix en genetische code die alle organismen hebben", zegt Tsien. "We kwamen tot de conclusie dat de hersenen kunnen werken vanuit verrassend eenvoudige wiskundige logica."
De kern van de samengestelde theorie van Tjien is het n = 2i-1-algoritme, dat het aantal groepen (of 'klieken' zoals de wetenschapper ze noemt) bepaalt dat nodig is voor een PMF, en waarmee wetenschappers kunnen voorspellen hoeveel groepen nodig zijn om bijvoorbeeld voedselopties te herkennen kader van theorie-testen.
N is het aantal neurale groepen dat op alle mogelijke manieren verbonden is; 2 - betekent dat neuronen in deze groep wel of geen input ontvangen; ik is de informatie die ze ontvangen; -1 is het wiskundegedeelte, zodat u alle mogelijkheden kunt overwegen.
Om de theorie te testen, plaatsten ze elektroden in een gebied van de hersenen om te "luisteren" naar de reacties van de neuronen of hun actiepotentiaal en om de unieke golfvormen te bestuderen die door deze acties werden gegenereerd. Ze gaven de dieren verschillende combinaties van vier verschillende soorten voedsel, zoals gewone knaagdierkoekjes, suikerballen, rijst en melk, en zoals voorspeld door de verbindingstheorie, waren de wetenschappers in staat om alle 15 verschillende groepen neuronen te identificeren die reageren op de mogelijke verscheidenheid aan voedselcombinaties.
Neurale klikken lijken al verbonden tijdens de ontwikkeling van de hersenen, omdat ze onmiddellijk opdoken toen er voedselkeuzes werden gemaakt. Deze fundamentele wiskundige regel bleef vrijwel ongewijzigd, zelfs toen het NMDA-recept voor leren en geheugen werd uitgeschakeld nadat de hersenen waren opgegroeid.
Wetenschappers hebben ook ontdekt dat grootte ertoe doet, want hoewel de hersenen van mensen en dieren een zeslagige cortex hebben - de buitenste laag van de hersenen die een sleutelrol speelt bij hogere hersenfuncties zoals leren en geheugen - biedt de extra longitudinale lengte van de menselijke hersenen meer ruimte voor klikken en FMP., zegt Tsien. Hoewel de totale omvang van de hersenen van de olifant beslist groter is dan die van de menselijke hersenen, bevinden de meeste neuronen zich in het cerebellum, dat veel kleiner is dan de hersenschors. Het cerebellum is actiever betrokken bij spiercoördinatie, wat de behendigheid van een enorm zoogdier met zijn gigantische omvang kan verklaren.
ILYA KHEL
