ПРИХОВАТИ

Чи впливає величина мозку на розумові здібності?

Мозок та розум

Чи означає більше нервових клітин у мозку кращі когнітивні здібності? На це питання спробували відповісти науковці з Кембриджського університету в науковій статті, що була опублікована у журналі Proceedings of the National Academy of Sciences. І відповіддю стало: не зовсім.

У природі є дуже багато прикладів, коли більші мізки вказують на більш розвинену когнітивну поведінку. І здається абсолютно послідовною думка, що чим більшою буде кількість нервових клітин та зв’язків між ними – синапсів, що, як відомо є показником хороших пам’яті та мислення – тим кращими будуть в особини здібності до навчання.

Інструмент для досліду

Існує гіпотеза про те, що еволюційно мозок тварин ускладнюється та збільшується, щоб вирішувати складніші завдання, що постають перед ними. Але обмеженням тут виступають високі енергетичні витрати на функціонування такої складної структури. Тому природі завжди доводиться знаходити баланс між необхідністю вирішення складних завдань та кількістю нервових клітин, що потрібні для їх вирішення.

Отже, науковці з Кембриджа мали на меті проаналізувати, як впливає розмір біологічної нейронної мережі на здатність до навчання та виконання конкретних завдань. До того ж відомо, що штучні нейромережі мають тим вищу продуктивність, чим більше в них штучних нейронів. Особливо цікавим це дослідження робить те, що у природній мережі може мати місце так званий синаптичний шум – помилкові фонові молекулярні сигнали в синапсах. Логічно припустити, що зі зростанням числа нейронів, а відповідно й синапсів, зростатиме величина цього шуму.

Дослід проводився не на живій біологічній нервовій мережі, оскільки це було б вкрай складно відтворити, а на штучній шляхом комп’ютерного моделювання. Вчені спробували надати “штучним мізкам” максимально біологічні властивості. У тому значенні, що в них враховувалися кількість нейронів, число синапсів та величина синаптичного шуму, як і в живих системах. Для цього потрібно було змоделювати певний шум у правилі навчання нейромережі та окремо внутрішній синаптичний шум, що незалежно розповсюджується по синапсах. Потім, змінюючи кількість нейронів у мережі, досліджувалося, як різні її розміри впливають на навчання та виконання завдань.

Золота середина

Під час досліду виявилося, що, справді, більша кількість нейронів сприяла кращому та швидшому навчанню. Дослідники припустили, що зайвий шум може бути успішно подоланий у більших мережах.

“Наші дослідження показують, що додавання “запасних” або надлишкових з’єднань до мозкових мереж може, фактично, підвищити продуктивність навчання. Такі додаткові з’єднання, які не є вкрай необхідними для роботи мозку, можуть полегшити вивчення нового завдання,”

– пояснює доктор Тімоті О’Лірі, провідний автор статті.

Та лише до певної межі, після якої велика кількість нервових клітин лише заважала. З надлишком нейронів між ними також зростало число надлишкових синапсів. А з накопиченням молекулярних шумів переваги, отримані від кращого навчання, просто втрачалися.

“Проте ми виявили, що якщо кожен новий місток додає “шуму” до сигналу, який він передає, загальний приріст продуктивності в кінцевому підсумку втрачається, оскільки мережа збільшується в розмірах”,

– каже доктор Тімоті О’Лірі.

“Хоча докази вказують на те, що більші мізки, як правило, зустрічаються у видів з вищою когнітивною функцією та здатністю до навчання, розмір головного мозку може зрештою бути обмежений необхідністю ефективно навчатися з ненадійними синапсами. Іншими словами, додавання нейронів та зв’язків до мозку може допомогти вчитися – до певної міри. Після цього збільшення розміру може насправді послабити здатність до навчання”.

На думку дослідників, існує деякий оптимальний розмір нейронних мереж, який дозволяє якнайкраще засвоювати інформацію та видавати її при виконанні завдань. Автори статті кажуть, що це дослідження може допомогти краще зрозуміти, чому деякі неврологічні розлади навчання пов’язані з надмірним числом зв’язків між нейронами.

Proceedings of the National Academy of Sciences (2019), doi: 10.1073/pnas.1813416116

Total
8
Shares
8 Shares:
Перегляньте також
Далі

Застосування інфрачервоних спостережень дозволило уточнити відстань до 150 мільйонів зір, відкритих “Gaia”

Дані з космічного телескопа Gaia та Європейської південної обсерваторії допомогли дослідникам встановити відстань до 150 мільйонів зірок.
Біполярний розлад
Далі

Біполярний розлад психіки може бути пов’язаний з біологією клітин

Вчені з підрозділу Масcачусетського технологічного інституту опублікували роботу, у якій вказали на можливий зв’язок між мутацією гену, білком…