Nemôžete použiť 100% svojho mozgu a to je dobrá vec

V prvá časť tejto série som diskutoval o myšlienke, že používame iba 10% nášho mozgu. Ukázal som nedávne neurovedecké dôkazy o tom, že existuje značný počet neurónov, ktoré, zdá sa, nemajú žiadnu užitočnosť, ktorú by sme dokázali rozoznať. Počet nepoužívaných neurónov je pravdepodobne menej ako 90% - navrhol som, že to môže byť bližšie k 50%. Stále si však myslím, že 10% hodnota je užitočným referenčným bodom.

Prečo? 10% mýtus je užitočný, pretože sa ukazuje, že existuje jemnejší a dôslednejší spôsob, ako sa jeho hodnota blíži k pravde ako 100% hodnota. Súvisí to s frázou, ktorú som použil v predchádzajúcom príspevku: využitie mozgu v priebehu času. Týmto sa dostávame k dôležitému konceptu tzv riedkosť. Je to termín, ktorý vytvoril Cornell neurovedec David Field opísať rozsiahle vzorce nervovej aktivity.

Riedkosť je o vzorcoch, ktoré idú nad rámec samotného súčtu aktivity. Ide skutočne o to, ako je aktivita distribuovaná medzi neuróny a v priebehu času.

V riedkom systéme je niekoľko jednotiek populácie veľmi aktívnych naraz, zatiaľ čo zvyšok je tichý. Postupom času sa zúčastňuje väčšina jednotiek. Tento vzorec činnosti by bol považovaný za vysoký populačná riedkosť. Naproti tomu systém, ktorý v danom okamihu používa aspoň trochu väčšinu jednotiek, by mal nízku populačnú riedkosť.

Rovnaký rámec sa používa na charakterizáciu jednotlivých neurónov v priebehu času. V tomto prípade vysoká celoživotná riedkosť znamená, že neurón je aktívny iba v zriedkavých nárazoch vysokej aktivity, zatiaľ čo nízka celoživotná riedkosť by naznačovala, že neurón je aktívny na nízkej úrovni takmer stále.

Tu je užitočné urobiť analogiu s písaným jazykom. Danú myšlienku môžeme komunikovať tak, že ju napíšeme v angličtine alebo do veľkej miery rovnocenne v čínštine. Systémy kódovania týchto dvoch jazykov sú však úplne odlišné. Na vyjadrenie takmer akejkoľvek myšlienky v písomnej angličtine by sme aspoň raz použili takmer všetky kódovacie jednotky - 26 písmen. Analogizácia písmen s neurónmi je ako použitie všetkých neurónov v mozgu na nízkej úrovni pre danú úlohu. Môžeme povedať, že systém ako písaná angličtina má nízku riedkosť.

V čínštine by na vyjadrenie rovnakej myšlienky stačila iba hŕstka tisícov znakov. Použitie každej postavy by bolo dôrazné, pretože postavy majú širokú škálu úplne odlišných foriem a väčšina sa neopakuje v jednej myšlienke. Je to ako používať niekoľko neurónov naraz na vysokej úrovni. Čínština potom zodpovedá vysokej riedkosti.

Ani jeden systém nie je vo svojej podstate lepší ako druhý - oba majú výhody aj nevýhody. Chceme vedieť, ktorý písaný jazyk sa najviac podobá vzoru aktivity v mozgu?

Empirickým a teoretickým výskumom za posledných 35 rokov sa ukázalo, že mozgová aktivita je dosť riedka. Chová sa tak z dvoch hlavných dôvodov.

Po prvé, je to kvôli spôsobu práce neurónov, čo znamená biochemické a biofyzikálne pravidlá, ktoré riadia ich činnosť. Je to tak v prípade neurálnej populácie, ako aj v priebehu času. Obmedzenia prietoku krvi - ktoré obmedzujú množstvo energie, ktoré sa môže dodať mnohým neurónom - tlačia systém k vysokej riedkosti populácie. V časovej oblasti je neurálny aparát v zásade založený na vyžarovaní krátkeho, prudkého výbuchu zadržanej energie a potom strávení dlhšieho času dobíjaním ďalšieho výbuchu. Väčšinou nemôžu byť len trochu aktívni. Najlepšie teoretické odhady situácie - aj keď poskytujú podstatné predpoklady a zjednodušenia veľmi zložitého systému - sa zbiehajú na hranici asi 10% využitia v mozgu cicavcov (1,2, 3). Znie to povedome?

Po druhé, vyžaduje sa riedkosť, pretože svet je riedky. V našom prostredí - a teda aj v našich hlavách - sa veci dejú nárazovo, a nie neustále na nízkej úrovni. Patria sem udalosti, objekty, pozornosť, činnosť, význam a rozhodnutia.

David Field, ktorý pracoval s neurovedcom UC Berkeley Brunom Olshausenom, nasledoval tento smer myslenia v medzníku roku 1996 papier o riedkosti vo vizuálnom systéme. Pomocou výpočtových modelov ukázali, že náš mozog predpokladá riedku štruktúru v priestorových vzoroch sveta okolo nás.

V zásade vybudovali výpočtový systém, ktorý bol nútený naučiť sa riedky kód. Kód alebo „abeceda“ je takmer ako písaný jazyk, okrem toho, že skôr ako slová kóduje obrázky (malé kúsky prirodzených obrázkov). Zistili, že vizuálna abeceda, ktorú sa naučil počítačový model, sa veľmi podobala abecede použitej v našom vizuálnom systéme.

Inými slovami, v systéme trénovanom tak, aby bol jednoducho riedky, sa objaví základná stratégia mozgu pre analýzu vizuálneho sveta „zadarmo“ a bez výslovného predprogramovania. Ako sa ukázalo, riedke kódovanie má tiež silné väzby na súčasnú revolúciu „hlbokého učenia“ v roku umela inteligencia, ktorým sa budem venovať v budúcich príspevkoch.

Vracia sa späť k nedávna štúdia pod vedením Saskie de Vries z Allenovho inštitútu, o ktorom som sa zmienil v prvý príspevok, jeden z hlavných výskumných pracovníkov Ciele bolo merať riedkosť. Na základe týchto informácií môžeme odhadnúť, aký podiel mozgu je aktívny súčasne.

Naprieč vizuálnymi oblasťami, z ktorých odobrali vzorky, a v rôznych vrstvách kôry, de Vriesove údaje naznačujú, že asi 20% neurónov je zvyčajne aktívnych súčasne. Aj keď asi tri štvrtiny vizuálnych neurónov reaguje pravidelne, aktívna je súčasne iba asi každá piata. A postupom času boli jednotlivé neuróny aktívne iba počas približne 20% dĺžky nahrávok. Je zrejmé, že tieto hodnoty sa blížia k 10% hodnote, ktorú som ako pravidlo navrhol, než k 100% mýtu.

Čo to všetko má spoločné s vaším internetovým mozgom? Kľúčové je, že internet je tiež riedky. Je aktívny v nárazoch, a to ako v sieti v danom čase, tak v priebehu času v rámci komunikačných kanálov.

Aktivitu môžete spoznať sledovaním signálov wifi vášho počítača. Používatelia počítačov Macintosh môžu otvoriť aplikáciu Activity Monitor (v priečinku Utilities) a preskúmať kartu Network. Uvidíte diagram blokov správ (paketov) odoslaných a prijatých počítačom v priebehu času. Ak nepoužívate veľkú šírku pásma, stopa bude všeobecne vyzerať riedka a prasknutá, napríklad takto:

Mozog a internet zdieľajú riedke prevádzkové podmienky. Môžeme však ísť ďalej. Ďalšou lekciou internetovej metafory pre mozog je, že príležitostné krátke signály sú rozhodujúce pre fungovanie systému. Prirodzene nás lákajú silné, konzistentné signály v mozgu a jasné záblesky, keď mozog „sa rozsvieti“. Ale po internetovej metafore sú rozhodujúce aj krátke impulzy činnosti.

Na internete existuje celý rad krátkych signálnych dávok, ktoré smerovačom umožňujú zostať v kontakte. Dôležité je, že tieto skupiny signálov nenesú žiadny obsah správy. Signály zahŕňajú ACK alebo potvrdenia, ktoré oznamujú odosielajúcemu smerovaču, že na jeho miesto určenia bola prijatá sada správ. Smerovače tiež pravidelne odosielajú živí, čo sú malé správy, ktoré susedom v sieti oznamujú, že smerovač je pripravený na prenos správ.

Keby mozog použil podobnú stratégiu, tieto drobné správy by sa minuli alebo nepochopili, keby sme sa zaoberali iba situáciami, keď je spolu aktívnych veľa neurónov. Rovnako ako internet, aj veľa signálov v mozgu pravdepodobne súvisí s udržiavaním funkčnosti komunikačného systému, a nie s konkrétnou úlohou alebo správaním. Ide o to, aby bola celá mozgová sieť „dosiahnuteľná“, v čom internet vyniká.

Mozog má rovnaké obmedzenia aktivity ako internet - v oboch systémoch nemôžeme mať aktívne všetky komponenty naraz, a to ani na nízkej úrovni. Najdôležitejšie je, že obidva systémy sú zásadne navrhnuté na prenos správ cez rozsiahlu a vysoko prepojenú sieť. Túto paralelu medzi internetom a mozgom (a mnohými ďalšími) skúmam vo svojej novej knihe, Internet v hlave. O niektorých z týchto paralel budem diskutovať v budúcich príspevkoch.

Na akú úroveň riedkosti by sme sa mali zamerať? Aj keď je de Vriesova štúdia veľkým krokom vpred, sme ešte ďaleko od toho, aby sme mali dobrý obraz o rozsiahlej mozgovej aktivite v našom vlastnom mozgu. V súčasnosti nemôžeme povedať, aká by bola ideálna hodnota riedkosti pre ľudí, nehovoriac o tom, ako ju dosiahnuť. Teraz môžeme povedať len toľko, že je potrebný značný stupeň riedkosti.

Ale možno menej je viac? Na záver uzavriem krátku pasáž z Internet v hlave:

David Field, ktorý bol mojím doktorom D. poradca, vzal princíp riedkeho kódovania do srdca alebo do mozgu akoby bol. Vzhľadom na hranicu 10 percent alebo menej buniek vysoko aktívnych súčasne v mozgu, David rád žartuje, že sa snaží znížiť svoj osobný súčet na 5 percent. Môže byť na niečom.

Autorské práva © 2021 Daniel Graham. Neoprávnená reprodukcia akéhokoľvek obsahu je prísne zakázaná. Požiadavky na opätovnú tlač pošlite e-mailom [email protected].