دراسة تقلب النظرية القديمة لتعلم الدماغ
لعقود من الزمان ، اعتقد العلماء أن التعلم يحدث في نقاط الاشتباك العصبي ، أو في التقاطعات العديدة بين خلايا الدماغ. لكن الآن ، تقترح دراسة جديدة أن التعلم يحدث في عدد قليل من التشعبات ، الفروع التي تغذي المدخلات إلى خلية الدماغ ، أو الخلايا العصبية.
في ورقة يتم نشرها الآن في المجلة التقارير العلمية، يصف المؤلفون كيف توصلوا إلى هذا الاستنتاج بعد دراسة نماذج الكمبيوتر من الخلايا العصبية وثقافات الخلايا.
في الشبكة العصبية الواسعة للدماغ ، تتصرف الخلايا العصبية مثل الرقائق الدقيقة التي تأخذ مدخلات من خلال التشعبات ، وعندما يتم الوصول إلى ظروف معينة ، تخلق النواتج باستخدام محاورها.
وترتبط المحاور بدورها بتغصنات الخلايا العصبية الأخرى من خلال روابط تسمى المشابك العصبية. هناك العديد من نقاط الاشتباك العصبي لكل خلية عصبية أكثر من التشعبات.
من النتائج المهمة للبحث الجديد أنه ، نظرًا لأنه يقترح أن التعلم يحدث في التشعبات وليس في نقاط الاشتباك العصبي ، فإن معلمات التعلم لكل خلية عصبية أقل بكثير مما كان يُعتقد سابقًا.
يشير كبير مؤلفي الدراسة البروفيسور إيدو كانتر ، من مركز أبحاث الدماغ متعدد التخصصات في جوندا في جامعة بار إيلان في إسرائيل ، "في عملية التعلم التغصني الجديدة هذه ، هناك عدد قليل من المعلمات التكيفية لكل خلية عصبية ، مقارنة بآلاف حساسة في سيناريو التعلم متشابك ".
التعلم يحدث بشكل أسرع مما كنا نظن
نتيجة مهمة أخرى للدراسة الجديدة هي أن عملية التعلم تحدث بشكل أسرع في النموذج التغصني الجديد من النموذج التشابكي التقليدي.
قد يكون للنتائج آثار مهمة على علاجات اضطرابات الدماغ وتصميم تطبيقات الكمبيوتر - مثل "خوارزميات التعلم العميق" والذكاء الاصطناعي - التي تستند إلى محاكاة الطريقة التي يعمل بها الدماغ.
يتوقع الباحثون أنه في حالة الحالة الأخيرة ، تفتح دراستهم الباب أمام تصميم ميزات أكثر تقدمًا وسرعات معالجة أسرع بكثير.
يتجذر النموذج التقليدي المتشابك للتعلم في العمل الرائد لدونالد هب الذي نُشر في عام 1949 في الكتاب تنظيم السلوك.
هذا النموذج ، الذي يشير إليه البروفيسور كانتر وزملاؤه باسم "التعلم عن طريق الروابط" ، يقترح أن "معلمات التعلم" التي تتغير أثناء عملية التعلم تعكس عدد نقاط الاشتباك العصبي ، أو الروابط ، لكل خلية عصبية ، وهي الوحدات الحسابية في الشبكة العصبية.
"التعلم عن طريق العقد"
في نموذجهم الجديد - الذي يشيرون إليه باسم "التعلم عن طريق العقد" - يقترح الباحثون أن معلمات التعلم لا تعكس عدد نقاط الاشتباك العصبي ، التي يوجد العديد منها في كل خلية عصبية ، ولكن عدد التشعبات ، أو العقد ، التي توجد منها ليست سوى عدد قليل لكل خلية عصبية.
لذلك ، أوضحوا ، "في شبكة من الخلايا العصبية الموصلة" ، أن عدد معلمات التعلم لكل خلية عصبية في النموذج التشابكي "أكبر بكثير" من الرقم في النموذج التغصني.
كان الغرض الرئيسي من دراستهم هو مقارنة "الخصائص الديناميكية التعاونية بين سيناريوهات التعلم المتشابك (الرابط) والتشجير (العقدي)".
استنتج مؤلفو الدراسة أن نتائجهم "تشير بقوة إلى أن عملية التعلم الأسرع والمعززة تحدث في التشعبات العصبية ، على غرار ما يُنسب حاليًا إلى المشابك."
تلعب نقاط الاشتباك العصبي الضعيفة دورًا رئيسيًا في التعلم
من النتائج المهمة الأخرى للدراسة أنه يبدو أن نقاط الاشتباك العصبي الضعيفة ، والتي تمثل معظم أجزاء الدماغ ويعتقد أنها تلعب دورًا ضئيلًا في التعلم ، هي في الواقع مهمة للغاية.
لاحظ المؤلفون أن "الديناميكيات تحكمها بشكل أساسي الحلقات الضعيفة عكس الحدس".
يبدو أنه ، في النموذج التغصني ، تتسبب المشابك الضعيفة في تأرجح معلمات التعلم بدلاً من الانتقال إلى "التطرف الثابت غير الواقعي" ، كما هو الحال في النموذج المشبكي.
يلخص البروفيسور كانتر النتائج من خلال إجراء مقارنات مع كيفية قياس جودة الهواء.
يسأل: "هل من المنطقي قياس جودة الهواء الذي نتنفسه عبر العديد من أجهزة استشعار الأقمار الصناعية الصغيرة البعيدة على ارتفاع ناطحة سحاب ، أو باستخدام واحد أو عدة أجهزة استشعار على مقربة من الأنف؟"
"وبالمثل ، من الأكثر كفاءة للخلايا العصبية تقدير إشاراتها الواردة بالقرب من وحدتها الحسابية ، العصبون."
البروفيسور ايدو كانتر
