【研究】大脑与计算机对信息的存储,提取和整合机制的差异探究

人类对思想本身的思考从未停止。从漫长的直到中古的宗教时期,到近代的哲学时期,再到近现代的科学时期,人类一直在从不同的层面回答着那些有关人类本身思想和意识的问题,以实现人类本身的升华。

二战以来,科技获得了极大的发展,人类对大脑,意识与智能的研究更是孜孜不倦,脑科学最新的研究,在大脑的信息储存方式上取得了进展。一项日前发表于《神经元》杂志的研究显示,对记忆至关重要的新生神经元首次在活体大脑中被观察到。

此项工作表明,成人大脑中的新神经元对于理解相似记忆之间的差异至关重要,至少在小鼠中是这样。

在很长一段时间里,研究人员认为,人们出生时拥有的大脑细胞便是一生中将会拥有的全部。如今,人们已经了解到,特定的大脑区域会在整个生命期间继续产生新的神经元。然而,时至今日,人们从未在活体动物中观察到这些神经元发挥作用。

来自美国哥伦比亚医学中心的Attila Losonczy 和同事将若干技术结合起来,实现了这一壮举。他们首先将一个包括了微型显微镜的设备植入活体小鼠的大脑,并且对小鼠进行了改造,使新产生的神经元能够发光。

该团队能在开展小鼠试验以探究细胞功能的同时,观察这些细胞的活性。在一次试验中,当小鼠在跑步机上奔跑时,团队成员对周围的视线、气味和声音稍微作了调整。比如,这些小鼠可能听到很低的音调,闻到香蕉的气味,看见蓝色的光线。而在其他时候,它们会闻到柠檬的气味,看见闪烁的光线。研究人员将一次小的电击同一些线索配对,从而使小鼠学会将线索同不愉快的经历联系起来。

随后,他们利用光遗传学令新神经元失活,即利用光线将特定细胞关闭。一旦这样做,小鼠便无法区分可怕和安全线索之间的差别,并且最终对全部线索都感到恐惧。

此次发现首次证实了新的记忆的产生确实与新的神经元的产生有关。而下面一项研究则表明大脑还通过突触长度的迅速变化来存储信息。

麻省理工学院(MIT)科研人员表示,他们发现当“工作记忆”系统提取以往信息时,神经元放电是一种断续的、周期性的协同爆发过程。这种方式能帮大脑在工作记忆中同时保持多种内容。MIT皮考尔学习与记忆学院教授厄尔•米勒说,通过这些不同时间的爆发过程,你才能在记忆中想起一个个不同的事物。米勒解释说,自上世纪70年代初开始,实验显示当“工作记忆”系统想起某个事物时,一些神经元集群就会连续放电。但这是把几秒甚至几分钟的脑活动综合平均考虑的结果,并非大脑真正的活动方式。

据介绍,研究人员在实验中让动物看一系列三色方块。受训动物一旦发现有方块改变颜色,会做出反应。他们发现,当相关内容出现在“工作记忆”系统中时,动物前额叶皮层的神经元集群被激活,短暂爆发放电。在任务开始、编码信息、任务结束、记忆被读取时,这些爆发现象最为频繁。

新研究的论文第一作者、皮考尔研究所博士米卡埃尔•兰德奎斯特为此构建了新模型,能很好地解释这些发现。按照新模型,神经元通过突触长度的迅速变化来存储信息。短暂爆发是在这些神经元突触中“写入”信息,周期性地再爆发是按需要巩固信息。这些爆发过程产生了伽马频段(45—100赫兹)的协调活动波,就像一个人在观察数据时产生的脑电波。这些波断续地发生,中间有间隔,每个神经元集群编码一项特定内容,产生不同的伽马波爆发。

米勒说,就像多年来你听隔壁房间传来的音乐,能听到的都是重低音的部分,所有细节都漏掉了。如果离得足够近,就会发现更多东西。大脑确实是以一种断续的、周期性的方式工作,发送着一批又一批的信息包。

 这些研究让我们意识到,大脑确实以神经元为基础存储信息,大部分的神经元其实更像硬盘的功能,那么问题来了,我们知道电脑硬盘是以半导体为基础通过二进制编码信息,那么大脑这个硬盘是如何编码信息的呢?目前的研究正在向这一方向一小步一小步的迈进,相信量变会变成质变,我们也终将会理解大脑的编码方式。

我们知道电脑不仅仅只是像图书馆一样储存信息,还有调用,按照我们的需要分析,整合,处理这些信息的功能。我们试着回想一下电脑的工作方式:通过二进制编码把信息存入电脑之后,我们还会给这些信息以一定的排列方式,然后在需要的时候提取特定的信息,稍作处理让我们能够更好的理解这些信息,ok,这就是电脑能够帮我们的所有事情,接下来的分析信息以解决特定问题,都是我们人类在自己的大脑中完成,所以传统的电脑只能是工具,而不能成为秘书或真正的助手。

那么电脑比人脑少了一些什么呢?少了对要做的事情(目的),以及自己拥有的信息的真正意义上的理解。以致于电脑并不能够整合这些信息并且对特定的目的做出相应的资料整合,这一步都是我们人类自己完成的。所以理解大脑的下一步在于理解大脑如何提取这些信息,神经元如何表达一只猫一条狗的信息并在我们需要的时候能够调出来,而且让我们理解。

其实我们人类自有一套理解这个世界的完整的系统,而且这个系统中的个体,就像一只猫,一条狗只有在这个系统中才有意义,并且在我们有了目的时,我们能够把目的分解并与我们大脑中理解世界的这套系统相互作用,以提取信息并达成目的,这么了不起的功能其最关键点在于这个目的和这个信息在同一个系统中,以致于它们能够相互作用,所以,人工智能的下一步在于给电脑构建一套电脑自己的系统,让电脑在这套系统中真正理解自己的目的以及自己所拥有的信息,并且让电脑动起来,那么电脑自然能够像人一样思考,谁不想解决身边的麻烦呢?电脑也一样。

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