این مطالعه جدید که در مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم (PNAS) منتشر شده است، نشان میدهد که نورونهای انسانی میتوانند محاسبات بسیار پیچیدهتری نسبت به نورونهای سایر پستانداران انجام دهند. این کشف، دیدگاه جدیدی در مورد آنچه ممکن است مغز انسان را تا این حد غیرمعمول کند، ارائه میدهد.
مغز انسان چگونه تواناییهایی مانند زبان، تخیل، ریاضیات و اختراع را تولید میکند؟
برای دههها، دانشمندان عمدتاً برای یافتن این پاسخ، به اندازه و اتصال توجه داشتهاند. مغز انسان نزدیک به ۱۰۰ میلیارد نورون دارد که از طریق شبکه عظیمی از اتصالات به هم متصل شدهاند. با این حال، تحقیقات جدید نشان میدهد که بخش مهم دیگری از این توضیح را میتوان در سطح بسیار کوچکتری، در قابلیتهای پردازش قابل توجه سلولهای مغزی منفرد، یافت.
نورونهای انسان پردازندههای قدرتمند اطلاعات هستند
محققان دریافتند که نورونهای قشر مغز انسان به طور قابل توجهی به عنوان واحدهای پردازش اطلاعات (میکروچیپها) پیچیدهتری نسبت به سلولهای مشابه در سایر پستانداران عمل میکنند. نتایج این احتمال را افزایش میدهد که بلوکهای سازنده منفرد قشر مغز انسان به طور غیرمعمول قدرتمند هستند، که میتواند به توضیح چگونگی توسعه تواناییهای شناختی استثنایی در انسان کمک کند.
اغلب نورون را به عنوان یک کلید ساده که روشن یا خاموش میشود، در نظر میگیرند. چیزی که پژوهشگران نشان میدهند این است که یک نورون انسانی به خودی خود یک دستگاه محاسباتی فوقالعاده پیچیده است.
اندازهگیری قدرت محاسباتی یک سلول مغزی
برای بررسی میزان محاسباتی که یک نورون میتواند انجام دهد، محققان روش جدیدی برای اندازهگیری پیچیدگی محاسباتی سلولهای مغزی ایجاد کردند. آنها مدلسازی کامپیوتری پیشرفته را با هوش مصنوعی ترکیب کردند تا مشخص کنند که یادگیری و بازتولید رابطه بین اطلاعات ورودی به یک نورون و پاسخی که تولید میکند برای یک شبکه عصبی مصنوعی پیشرفته (ANN) چقدر دشوار خواهد بود.
ایده اصلی ساده است. اگر یک "دوقلو" مصنوعی برای تقلید از رفتار یک نورون بیولوژیکی به پیچیدگی بیشتری نیاز داشته باشد، خود نورون بیولوژیکی قدرت محاسباتی بیشتری دارد.
نتایج، مزیت قابل توجهی را برای نورونها در قشر مغز انسان نشان داد. درختان دندریتیک غنی و ویژگیهای الکتریکی متمایز آنها به آنها اجازه میدهد تا محاسبات شگفتانگیز پیچیدهای را روی اطلاعات ورودی، از جمله ورودی بصری (مثلاً تمایز بین تصاویر گربهها در مقابل سگها) انجام دهند.
به عبارت دیگر، یک نورون قشر مغز انسان بسیار بیشتر از یک جزء "روشن-خاموش" اساسی است. هر سلول میتواند به عنوان یک واحد محاسباتی پیچیده به خودی خود عمل کند؛ با تواناییهای محاسباتی قابل مقایسه با تواناییهای محاسباتی یک شبکه عصبی عمیق.
دیدگاهی جدید از هوش انسانی
این یافتهها، ایده دیرینه مبنی بر اینکه هوش در درجه اول از تعداد زیاد نورونها در مغز و ارتباطاتی که آنها را به هم متصل میکند، ناشی میشود را به چالش میکشد. در عوض، این تحقیق نشان میدهد که پیچیدگی نورونهای منفرد نیز ممکن است نقش مهمی در تکامل شناخت انسان داشته باشد.
محققان همچنین یک چارچوب سیستماتیک و با کاربرد گسترده برای اتصال ساختار فیزیکی سلولهای مغز با آنچه آن سلولها قادر به محاسبه هستند، ایجاد کردند. این رویکرد میتواند به دانشمندان کمک کند تا به درک چگونگی تولید تفکر، یادگیری و شناخت توسط مغز انسان نزدیکتر شوند.
نورونهای انسانی میتوانند الهامبخش هوش مصنوعی جدید باشند
این یافتهها همچنین میتوانند بر آینده هوش مصنوعی تأثیر بگذارند. سیستمهای یادگیری ماشینی پیشرو امروزی از واحدهای مصنوعی بسیار سادهشده ساخته شدهاند. تحقیقات جدید به یک احتمال متفاوت اشاره دارد: هوش مصنوعی الهام گرفته از مغز که از واحدهای مصنوعی ساخته شده است که خود از نظر محاسباتی عمیق و قدرتمند هستند و شباهت بیشتری به قابلیتهای نورونهای بیولوژیکی دارند.
