Нейробиологи продемонстрировали, что распространяющиеся по коре электрические импульсы функционируют аналогично большим языковым моделям, постоянно предсказывая и дополняя образ физического мира
Наука и космос058 минут назад
Учёные из Института Солка (Salk Institute) установили, что нейронные волны в зрительной коре действуют как вычислительный механизм, позволяющий мозгу формировать внутренние представления трёхмерного внешнего мира. Исследователи доказали, что эти распространяющиеся по поверхности коры электрические импульсы не являются фоновым шумом, а выполняют значимые пространственно-временные вычисления, необходимые для предсказания и восприятия реальности.
Мозг использует электрические сигналы для связи между синапсами. Ранее, в 2020 году, команда под руководством нейробиолога Джона Рейнольдса (John Reynolds) установила прямую корреляцию между бегущими волнами в зрительной системе бодрствующих животных и их способностью замечать объекты, находящиеся прямо перед ними. Это объяснило классическую проблему, когда субъект долго ищет предмет, находящийся на самом видном месте. Однако до сих пор оставалось неясным, почему именно волны так воздействуют на восприятие.
В новой работе Рейнольдс и его коллеги предложили концепцию, согласно которой нейронные соединения, генерирующие бегущие волны, постоянно изменяют свою физиологическую структуру или синаптические веса, адаптируясь к внешнему миру. Авторы исследования непосредственно сравнивают этот процесс с работой больших LLM-моделей. Подобно тому, как нейросети изучают статистическую структуру данных для генерации содержательных ответов, мозг использует бегущие волны как биологическую генеративную модель, формируемую с нуля на основе сенсорного опыта.
Эти динамические паттерны возникают благодаря внутренним связям в нейронных сетях и позволяют объединять данные о пространстве и времени более эффективно, чем стандартные иерархические модели. Исследования подтверждают, что такие волны не только влияют на возбудимость нейронов, но и непосредственно определяют точность восприятия и скорость реакций живых существ.
В зрительной коре волны выполняют 4 функции: модулируют восприятие от момента к моменту, преобразуют свежие визуальные данные в образы, создают краткосрочные прогнозы об окружении, а также хранят и воспроизводят паттерны воспоминаний во времени.
Динамика, аналогичная этим нейронным бегущим волнам (nTW), является ключевой и широко распространённой характеристикой функционирования мозга, проявляющейся на самых различных пространственных и временных масштабах у различных видов, включая рыб, млекопитающих и человека. В зрительной коре как спонтанные, так и вызванные стимулами волны модулируют нейронную возбудимость и прямо влияют на пороги восприятия, определяя чувствительность к внешним сигналам. В моторной коре волны в бета-диапазоне служат предиктором времени начала движения, в то время как в префронтальной и теменной коре аналогичные волновые процессы связывают с механизмами поддержания рабочей памяти. За пределами новой коры [в верхнем слое полушарий мозга] эти волны играют не менее значимую роль в кодировании памяти, а также организуют сигналы, необходимые для обучения с подкреплением. На уровне всего мозга эта динамика наиболее ярко выражена во время сна, что подчеркивает глобальный характер волновых процессов в обеспечении когнитивных функций
Джон Рейнольдс
Учёные зафиксировали динамику на различных пространственных и временных масштабах по всему мозгу. Импульсы могут распространяться непрерывно или дискретно благодаря длинным горизонтальным волокнам, соединяющим нейроны внутри одной области.
Традиционные концепции рассматривали функционирование зрительной системы как строгую иерархию передачи сигналов. Нейронные бегущие волны расширяют понимание мозга, добавляя к традиционным иерархическим моделям «третье измерение» — пространственно-временные вычисления внутри отдельных областей. Экспериментальные данные подтверждают, что эти волновые процессы непосредственно управляют восприятием и поведением, модулируя нейронную возбудимость в реальном времени.
В отличие от классических систем, ориентированных на простую передачу сигналов, эти процессы хранят в себе «историю» стимуляции, позволяя мозгу строить краткосрочные прогнозы на основе связи между временем и местом предыдущих событий. Это и создает основу для генеративной обработки данных: нейронные сети используют зависимости «пространство-время» для извлечения признаков из динамических сцен и создания гибкого внутреннего представления внешнего мира, что функционально сближает биологические процессы с работой моделей искусственного интеллекта.
Darth SaharaИсточники:NeuronНаука и космос0Искусственный интеллектОбработка информацииНейробиологияКогнитивные функцииСинапсыФизиология58 минут назад
Источник