柏林夏里特医学院研究证明:人类大脑皮层连接的原理支持高阶计算

8 个月前 神经网络 75

德国柏林夏里特医学院的一个研究团队2024年4月在 “Science” 上发表了一项关于人类大脑皮层内神经元连接机制的研究成果。这项研究揭示了人类大脑皮层内的神经元连接呈现出单一方向性和非循环性的特点,这与啮齿类动物大脑中的循环连接模式不同。

研究中重点关注了颞叶新皮层区域,这一区域在人类进化过程中显著扩大,并且与语言产生和认知信号整合等功能密切相关。通过研究,团队发现了以下关键发现:

  1. 神经元连接模式:人类大脑皮层中的神经元连接是非循环的前馈结构,这意味着信号在一个方向上传播,而不像啮齿类动物大脑中的循环结构那样来回传递。

  2. 连接强度:神经元间的连接强度似乎是独立的,不受连接本身的影响。

  3. 实验方法:研究者使用了膜片钳技术来记录多达10个神经元的活动,并且开发了自动化实验步骤来提高效率。通过这种方式,他们能够对大量神经元之间的连接进行分析。

  4. 计算能力:数学分析和模拟实验表明,这种前馈结构可以提高递归神经网络的记忆容量,并在语音识别等任务中表现出更好的性能。这意味着这种连接模式支持更高级别的计算能力。

  5. 对人工神经网络的影响:这项研究有助于找到生物神经网络和人工神经网络之间的共同原则,并可能启发人工神经网络的设计改进,特别是对于那些旨在模仿生物大脑功能的神经形态计算领域。

该研究成果发表在《科学》杂志上,题目为《人类 2-3 层皮质微型回路中的定向和非循环突触连接》(Directed and acyclic synaptic connectivity in the human layer 2-3 cortical microcircuit)。彭阳帆是该研究的第一作者,他目前在柏林夏里特医学院担任研究员,并致力于神经科学领域的研究。

这项研究不仅增进了我们对大脑功能的理解,还可能对人工智能领域产生重要影响。研究结果有助于找到生物神经网络与人工神经网络之间的共同原则,并可能促进人工神经网络的设计和优化,特别是在神经形态计算领域。


资讯来源:science.org

相关资讯