Один нейрон может быть суперкомпьютером, показало китайское исследование
На протяжении десятилетий стандартное представление о том, как думает мозг, сводилось к сети множества простых, точечных нейронов, передающих сигналы, пока каким-то образом не возникает вычисление. Новое исследование китайских ученых бросает вызов этой картине: они утверждают, что отдельный нейрон вовсе не является простым узлом. Его ветвящиеся дендриты представляют собой «суперкомпьютер», способный самостоятельно выполнять сложные когнитивные вычисления.
Работа выполнена группой под руководством Сюй Нинлуна, исследователя Центра передовых исследований в области наук о мозге и интеллектуальных технологий при Китайской академии наук в Шанхае. Результаты были опубликованы онлайн 16 октября в журнале Science, одном из самых цитируемых общенаучных журналов мира.
«Это как работа нескольких компьютеров, объединенных в сеть, — один „дендритный“ суперкомпьютер может это сделать», — сказал Сюй, согласно сообщению газеты Science and Technology Daily, печатного органа Министерства науки и техники Китая. Дендриты — это древовидные ветви, отходящие от тела нейрона и принимающие входящие сигналы, привычная деталь любой схемы нервной клетки.
В традиционной модели нейрон суммирует сигналы, приходящие на его многочисленные синапсы, и возбуждается, если сумма превышает порог, — довольно скромная задача для каждой клетки, а настоящий интеллект возникает из огромного числа связей. Новое исследование предполагает, что сами дендриты выполняют значительную обработку до того, как какой-либо сигнал достигнет тела клетки, фактически осуществляя вычисление внутри одной клетки.
Последствия выходят за рамки фундаментальной нейробиологии. Понимание того, как биологические нейроны вычисляют так эффективно, давно вдохновляет инженеров-компьютерщиков, пытающихся создавать более мощные и энергоэкономичные машины, и исследователей, стремящихся понять обучение, память и неврологические заболевания на уровне отдельных клеток.
Открытие также вписывается в более широкую тенденцию в китайской нейробиологии, где исследователи активно инвестируют в методы визуализации, регистрации и моделирования, позволяющие наблюдать за работой живых нейронов. Чтобы показать вычисление внутри отдельного дендрита, требуются как тонкие эксперименты, так и серьезное теоретическое моделирование.
Исследование было представлено в китайских СМИ как одна из главных научных новостей дня и подано как переписывание учебного постулата, а не как incremental результат. Для широкой аудитории вывод прост: строительные блоки мозга могут быть гораздо умнее, чем предполагает стандартная схема, а граница между «одной клеткой» и «сетью» размыта сильнее, чем считали ученые.
Вопросы остаются, как и с любым новым результатом. Насколько широко эти дендритные вычисления используются в разных областях мозга и у разных видов и как они способствуют реальному поведению, потребуют лет последующих исследований. Но само утверждение поразительно: если один нейрон может выполнять когнитивное вычисление, то десятки миллиардов нейронов мозга представляют собой гораздо большую вычислительную мощность, чем им приписывала старая модель.