Физики узнали детали о балансе между нейронами, обеспечивающем оптимальную работу мозга
Команда европейских ученых выяснила, как с точки зрения теории информации настроен баланс между возбуждающими и тормозными нейронами, обеспечивающий оптимальную кодировку данных. Они узнали, что нейронные сети, оптимизированные под долгосрочное точное кодирование информации могут быть менее чувствительны к быстрым изменениям входных сигналов.
Мозг обрабатывает информацию с помощью сложных связей между группами нейронов, объединенными в популяцию. В такой общности нейроны находятся в одной области мозга и выполняют похожие функции или имеют общие свойства.
В популяцию входят возбуждающие и тормозные нейроны. Первые передают сигналы и активизируют другие нейроны, а тормозные выполняют функцию балансировки — подавляют активность возбуждающих нейронов, гасят сигналы и стабилизируют нейронные сети. Для нейроинформатики, нейробиологии и медицины важно знать, как именно нейронные связи и их конфигурации влияют на обработку информации.
Международная группа ученых провела исследование вклада возбуждающих и тормозных популяций нейронов в кодирование информации мозгом. Их результаты показывают, что обработка информации становится максимально эффективной, когда активность возбуждающих и тормозных нейронов сбалансирована. Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review Letters.
Исследователи изучали, задействован ли баланс между возбуждающими и тормозными нейронами в чем-то, кроме стабилизации нейронной активности. В частности, команда изучила возможность того, что этот баланс также оптимизирует обработку информации.
«Вдохновленные рядом экспериментальных и теоретических работ, подчеркивающих важность баланса, мы проанализировали модель, которая описывает взаимодействия между этими двумя популяциями, и исследовали — как аналитически, так и численно — их реакцию на внешние сигналы. Мы использовали инструменты теории информации и выявили фундаментальный компромисс: нейронные сети, оптимизированные для точного кодирования информации на длительных временных масштабах, могут быть менее чувствительными к быстрым изменениям входных сигналов», — объяснил Даниэль М. Бузьелло (Daniel M. Busiello).
Ученые использовали математические и теоретические подходы для изучения обработки информации нейронными сетями. Они показали, что процесс становится наиболее эффективным на границе устойчивости — критическом состоянии, при котором активность возбуждающих и тормозных нейронов сбалансирована.
По результатам исследования ученые делают вывод, что тонкая настройка баланса возбуждения и торможения не только стабилизирует активность мозга, но и играет ключевую роль в его способности оптимально кодировать информацию.
Взаимодействия между возбуждением и торможением крайне важны для того, чтобы популяции нейронов могли кодировать информацию об изменяющихся во времени внешних сигналах. Это особенно интересно, поскольку баланс возбуждения и торможения хорошо известен как ключевой элемент регуляции нейронной активности. Описанный в статье подход позволил ученым количественно оценить этот эффект с точки зрения информации как физической величины.
«В реальных нейронных сетях связи не статичны — они развиваются со временем под влиянием как внешних стимулов, так и внутренней активности сети. Эта динамическая природа связей может играть ключевую роль в формировании того, как популяции нейронов обрабатывают и кодируют информацию, потенциально предлагая новые идеи о том, как обучение и адаптивные свойства влияют на кодирование информации в нейронных системах», — пояснил Джакомо Барзон (Giacomo Barzon), первый автор статьи.
Работа ученых открывает новые направления для изучения обработки информации в мозге и лежащих в ее основе нейронных механизмов. В своих следующих исследованиях группа планирует развить результаты, используя тот же подход для изучения более сложных структур связей в мозге.
Telegram 
Дзен 
VK Генетика интеллекта сложна и связана с разными психоневрологическими состояниями. Оказалось, то, что повышает эрудицию, может ухудшать способность решать творческие задачи, — и наоборот. Причем паттерны этих связей уникальны для каждого диагноза.
Ученые давно сделали вывод о том, что в поздней Античности монеты перестали представлять собой цену как валюта, однако не было понятно когда именно это произошло. Новое исследование погребения римского воина из бельгийского форта Оденбург показало, в какой момент монеты стали цениться просто весом металла в кошельке.
Нуклеосомы — основные «катушки» упаковки ДНК — почти всегда находятся в искаженном состоянии, а не в аккуратной и стабильной форме, как считалось десятилетиями. Именно через такие микроскопические изменения, как выяснили ученые, клетка регулирует работу генов — а значит, управляет развитием, реакцией на внешние раздражители и даже возникновением болезней.
Ученые давно сделали вывод о том, что в поздней Античности монеты перестали представлять собой цену как валюта, однако не было понятно когда именно это произошло. Новое исследование погребения римского воина из бельгийского форта Оденбург показало, в какой момент монеты стали цениться просто весом металла в кошельке.
Шведские биологи отследили миграцию обыкновенного соловья с помощью миниатюрных датчиков-рюкзаков. Как оказалось, при пересечении Сахары и Аравийской пустыни птицы летят только по ночам и не ищут пищу. Соловьи преодолевают пустыню без дозаправки, полагаясь лишь на накопленный заранее жир.
На границе возможностей оптоволокна лазерный пучок самоорганизовывается в мощный, сфокусированный луч-иглу. Параметры этого излучения таковы, что позволяют в реальном времени без дополнительных ухищрений рассматривать клеточные процессы.
В последнее время пуски с российских северных космодромов осуществляют без предварительного уведомления, чего не было в прошлом. Вероятно, дело в недавно упомянутых главой «Роскосмоса» атаках на Плесецк во время пуска. Сегодняшний запуск обеспечил вывод на орбиту космических аппаратов военного назначения.
Четыре человека, летящие к Луне, столкнулись с целым рядом мелких неприятностей — от низкой температуры в начале работы до поломки мочевыводящей системы туалета на вторые сутки и необходимости взамен пользоваться пакетами. К счастью, пока самые крупные сложности удалось компенсировать. Но все они вместе могут сдвинуть ситуацию к решению, о котором Naked Science уже говорил в нашем видеоподкасте о миссии: не исключено, что при высадке астронавтов на Луне их корабль состыкуют со Starship не на окололунной, а уже на околоземной орбите.
Когда международная экспедиционная группа, исследующая море Уэдделла в Антарктиде на борту ледокола «Поларштерн», попыталась укрыться от шторма, ученые и экипаж судна удивились внезапному появлению острова, не обозначенного ни на одной морской карте.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно
Последние комментарии