Idegrendszer: A geometria segít a káros interferenciák leküzdésében

A Wigner Fizikai Kutatóközpont (Wigner FK) és a Kaliforniai Egyetem (UCLA) kutatói az idegsejtek vizsgálatának új lehetőségét tárták fel. Az általuk alkalmazott gépi tanulásos eljárás segítségével megállapították, hogy az e sejtekre jellemző, úgynevezett „kevert szelektivitás” ellenére a különböző környezeti ingerek, sőt az állatok kognitív állapota is egyértelműen kiolvashatók a neurális aktivitásból.

Az idegtudomány egyik alapvető felismerése, hogy az idegsejtek „szakértőkként” segítik az érzékelést és a döntéshozatalt. Egyes sejtek érzékenyek a környezet különféle, akár egészen összetett jellemzőire, aktivitásukkal pedig jelezni tudják a feldolgozási lánc későbbi elemei számára, hogy éppen mivel szembesült az adott élőlény.

Későbbi kutatások azonban feltárták, hogy egy-egy sejt mégsem annyira specialista szakértő, mint korábban gondolták, hanem az idegsejtek valójában lelkesen „multitaszkolnak”. Ez a „kevert szelektivitásként” ismert jelenség elsőre több szempontból is praktikusnak tűnhet. Egyrészt egy-egy idegsejt feladata nem csak egy dologra korlátozódik, ezzel potenciálisan növelve az agybeli idegsejthálózatok kapacitását. A kevert szelektivitás viszont kihívást jelenthet mind az idegsejt kimenetét olvasó feldolgozó rétegek, mind pedig egy az idegsejtek jeleit dekódolni igyekvő eszközeink számára, mivel nem egyértelmű, hogy az idegsejt válaszának intenzitása mely környezeti jellemző jelenlétét tükrözi.

Az új kutatás irányt mutat

A kutatók a most publikált tanulmányban azonban rámutattak, hogy a kevert szelektivitás ellenére a különböző környezeti ingerek, sőt az állatok kognitív állapota is egyértelműen kiolvashatók a neurális kódból. Az eredmény alapjául szolgáló gépi tanulásos eljárás segítségével a tudósok megállapították, hogy az idegsejtek által egyidejűleg kódolt látott és hallott ingerek, valamint akár egy feladat szabályosságait tükröző kontextus egyértelműen beazonosíthatók egy egyszerű geometriai struktúraként, anélkül hogy a kódok egymást megzavarnák.

„A megoldást úgy lehet elképzelni, mint egy kocka különböző lapjait, melyek egyenként látott vagy hallott információkat tárolnak, illetve az aktuálisan érvényes szabályt kódolják. Ez a kocka tetszőleges irányban lebeghet a térben, így nem kizárólag az egyik oldalára, vagyis nem csak a látott vagy a hallott információra látunk rá. Találhatunk azonban olyan irányt, ahonnan kizárólag csak az egyik vagy másik típusú információt érzékeljük, anélkül hogy a többi oldal megzavarná a látványt” – magyarázták a kutatók.

Az új kutatás irányt mutat ahhoz, hogy megértsük, miképpen birkózik meg az idegrendszer olyan, az életben természetes szituációkkal, amelyek során többféle potenciális feladat között kell megtalálnunk a gyümölcsöző döntési stratégiákat. Ezek az ismeretek segítenek feltárni az emberi és állati idegrendszer működését, emellett hozzájárulhatnak a mesterségesintelligencia-algoritmusok fejlődéséhez is.