Otak boleh guna semula kelompok neuron untuk ingatan dan tindakan

Penyelidik saraf dari MIT dan Princeton menemui bukti bahawa otak tidak semestinya memerlukan kumpulan neuron yang berasingan untuk setiap jenis maklumat. Sebaliknya, sesetengah kelompok neuron dalam korteks prefrontal—bahagian otak yang banyak terlibat dalam perancangan dan memori kerja—boleh digunakan semula.

Kelompok yang sama didapati berpotensi menyimpan sama ada rangsangan deria yang diingati, seperti nada bunyi, atau pelan tindakan yang bakal dilakukan.

Apa yang ditunjukkan oleh eksperimen terhadap tikus?

Dalam eksperimen itu, tikus menjalankan tugasan padanan tertunda. Tikus perlu mendengar nada tinggi atau rendah, menyimpan nada pertama dalam ingatan, membandingkannya dengan nada kedua, kemudian mengekalkan keputusan atau pelan tindakan sehingga tiba masa untuk memberikan respons. Aktiviti ribuan neuron dalam korteks prefrontal medial dan korteks parietal posterior direkodkan.

Analisis pengiraan mengenal pasti ruang neural yang boleh digunakan semula untuk memproses rangsangan dan mengekalkan maklumat dalam memori.

Di korteks prefrontal, kelompok neuron yang membantu mengekalkan ingatan tentang bunyi ketika tempoh menunggu pertama boleh digunakan semula untuk mengekalkan pelan tindakan ketika tempoh menunggu berikutnya. Ini menunjukkan bahawa litar yang sama mungkin melaksanakan pengiraan serupa terhadap kandungan maklumat yang berbeza.

Sebaliknya, kelompok neuron dalam korteks parietal kelihatan lebih khusus. Sumbangannya lebih konsisten kepada jenis maklumat tertentu, berbanding bertukar peranan seperti yang diperhatikan dalam korteks prefrontal. Perbezaan antara penggunaan semula dan pengkhususan ini mungkin mencerminkan pembahagian tugas antara kedua-dua kawasan otak.

Bagaimana rangkaian neural buatan menyokong penemuan itu?

Penyelidik turut melatih rangkaian neural berulang—model AI yang menggunakan maklumat daripada langkah sebelumnya untuk memproses langkah seterusnya—dengan keperluan tugasan yang serupa.

Model tersebut membangunkan susunan modular yang boleh digunakan semula. Apabila kelompok tertentu “dimatikan” dalam model, pengiraan khusus yang bergantung padanya turut terganggu. Hasil ini menyokong idea bahawa seni bina modular itu mungkin penyelesaian pengiraan yang berguna, bukan sekadar ciri kebetulan pada tikus yang direkodkan.

Maksud “Lego kognitif” untuk pembelajaran

Konsep ini sering digambarkan sebagai “Lego kognitif”: otak mempunyai komponen yang boleh digabungkan dan disusun semula untuk membina pelbagai tingkah laku daripada sumber neural yang terhad.

Seni bina sedemikian berpotensi menjadikan pembelajaran lebih cekap. Daripada mempelajari setiap tugasan baharu dari awal, otak boleh menggunakan semula operasi yang telah dipelajari, kemudian mengubah gabungan modul atau maklumat yang dibawanya.

Ia juga memberikan kemungkinan penjelasan tentang keupayaan kognitif yang fleksibel—contohnya bertukar dengan pantas antara tugasan, peraturan, ingatan dan rancangan. Pada masa sama, susunan ini boleh menjadi inspirasi untuk sistem AI yang masih kerap memerlukan latihan semula yang besar apabila mempelajari tugasan berkaitan.

Namun, penemuan ini tidak bermaksud saintis sudah membuktikan keseluruhan mekanisme pemikiran fleksibel seperti manusia. Bukti daripada tikus masih bersifat korelasi: ia menunjukkan corak aktiviti yang selari dengan penggunaan semula kelompok neuron, tetapi belum membuktikan bahawa mana-mana kelompok tertentu secara sebab-akibat menghasilkan tingkah laku berkenaan.

Ujian sebab-akibat seterusnya

Penyelidik merancang eksperimen yang mengganggu atau memanipulasi kelompok neuron prefrontal yang dikenal pasti pada tempoh tertentu dalam tugasan. Tujuannya adalah untuk menguji sama ada sumbangan kelompok tersebut benar-benar bertukar daripada mengekalkan ingatan deria kepada mengekalkan pelan tindakan.

Ramalan utama mereka ialah gangguan terhadap kelompok yang sama akan menjejaskan fungsi maklumat yang berbeza bergantung pada masa gangguan itu dilakukan. Sumber yang tersedia tidak memberikan butiran mencukupi tentang kaedah intervensi atau jadual eksperimen tersebut.

Bagaimana kajian ini dibiayai?

Sumber yang disediakan tidak mengesahkan pembiayaan khusus untuk kajian MIT-Princeton ini. Kenyataan pembiayaan Princeton yang menyebut Pejabat Pengarah Perisikan Negara Amerika Syarikat dan Institut Kesihatan Nasional merujuk kepada projek pemetaan sambungan otak tikus yang berasingan, dan tidak wajar dikaitkan dengan kajian ini.