首页科技快讯脑袋里真有灯泡？哥大神经学家Nature发文，脑漂移现象或促成新AI模型

脑袋里真有灯泡？哥大神经学家Nature发文，脑漂移现象或促成新AI模型

来源：晰数塔互联网快讯时间：2021年07月06日 15:37

本文来自微信公众号“新智元”（ID:AI_era），编辑：LRS，36氪经授权发布。

来源：nature

【导读】计算机的算法和模型一大特点就是逻辑严谨，相同的输入会产生相同的输出。一直以来，神经网络的模型都是基于大脑神经元的解释，但大脑似乎对相同的输入有不同的输出，最近哥大的神经学家在Nature上发表了一篇文章，在小鼠的脑袋上做了一个实验，也许能促进AI模型的发展。

人类的大脑皮质包含大约140-160亿神经元，而每个神经元都通过突触和其他数千个神经元相连接，这个模型促成了现代人工智能的连接主义。

建立一个AI模型，相同的输入产生相同的输出。

但人脑也是如此吗？

想象这样一个场景，在梦中遇见了心爱的女孩，你大脑中的神经元就像圣诞树一样，每个神经元都像灯泡在发光。但如果梦醒了，在现实中又想到这个女孩，大脑中亮起的神经元和刚才的情况一样吗？

显然的答案是否定的，第二次受到的刺激要更弱，并且是基于之前接收到的感受而产生不同的刺激。

纽约哥伦比亚大学的一组神经科学家最近发布了一项研究，把这种现象称之为表征漂移（representational drift），在小鼠大脑中进行研究，研究结果发表在Nature上。

有趣的是，长期以来，人们一直认为大脑中的神经元将体验和记忆与静态模式联系起来，而没有找到更好的理论。从本质上讲，这意味着当你闻到棉花糖时，大脑中的某些神经元会受到刺激，而当你闻到比萨时，其他神经元也会受到激活。

虽然这基本上仍然是正确的，但新模型改变的是科学家们不再相信闻棉花糖会激活上次闻棉花糖时激活的神经元。

这就是论文中所说的表征漂移或大脑漂移（brapin drift）的意思，不是每次都激发完全相同的神经元，而是在不同位置激发不同的神经元以表示相同的概念。

科学家在实验室实验中使用了老鼠及其嗅觉，因为它在抽象记忆的短暂性质之间找到了中间地带（伦敦是什么意思？提到伦敦你想到什么？）以及我们其他大脑连接的静态特性（例如大脑与肌肉的连接）。

研究小组发现，尽管人类可以通过气味识别物体，但随着时间的推移，我们的大脑对相同气味的感知会有所不同。一个月后你闻到的味道会在一个月后再次闻到时看起来大不相同。

科学家们一直以来都不知道确切的原因，也极少有人在这个领域进行研究。关于大脑如何感知记忆以及为什么一些记忆可以在大脑的各个区域之间传送看似没有变化的基于数据的研究并不多。

知觉的恒定性要求大脑保持稳定的感觉输入。

在嗅觉系统中，初级嗅觉皮层（梨状皮层）的活动被认为决定了气味的一致性。在这里，论文中给出了维持数周的单个神经元的电生理学记录的结果，以检查小鼠梨状皮层中气味诱发反应的稳定性。

虽然梨状皮质的活动可以用来在任何时候区分气味，但气味诱发的反应会在几天到几周内发生漂移。第一天训练的线性分类器的性能在32天后接近随机水平。

恐惧条件的作用并不能稳定气味诱发的反应。

每天接触同一种气味会减缓漂移速度，但当停止接触后，漂移速度又会增加。这种持续漂移的表现提出了梨状皮质在气味感知中的作用的问题。

这种不稳定性可能反映梨状皮质的非结构连接，也可能是其他非结构皮质的特性。

人工智能的新突破？

在许多方面，我们的大脑以类似于二元人工神经网络的方式工作。然而，在我们神秘的灰质与人类工程师构建的精心规划的 AI 系统之间的明显差异中，我们可能会找到对感觉、意识和生命之谜进行逆向工程所需的一切。

根据科学家的描述，人脑似乎会随着时间的推移适应记忆关联，就像汽车中的调频收音机一样。根据时间和经验如何改变了你和你对世界的看法，导致大脑可能会简单地适应现实以整合新接收的信息。

这意味着我们不会删除我们的旧记忆，或者只是在适当的地方更新它们，就像替换文件夹中的内容一样。除此之外，我们重新建立我们与现实的联系，并通过我们的大脑网络分发数据。

也许我们的现代人工神经网络和机器学习系统缺乏驱动人脑中数据整合的机制——即控制神经元间明显不可预测的信息分布的一切。

参考资料：

https://www.nature.com/articles/s41586-021-03628-7.epdf