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 Ученые выяснили, почему интервальное голодание для многих оказывается эффективнее обычных диет. Исследование показало, что ограничение времени для приема пищи избавляет худеющего от изнуряющего ощущения жесткого контроля и при этом позволяет сбросить ровно столько же, сколько при скрупулезном подсчете калорий.
Кит живет двести лет, умеет пробивать головой полуметровый лед и поет океанский джаз голосом несмазанной дверной петли. Охотоморские гренландские киты — это не просто многотонные ледоколы. Это древние узники, которые остались жить в Охотском море со времен последнего оледенения. Это счастливцы, которые смогли пережить гарпуны китобоев XIX-XX веков, но сегодня уязвимы не меньше. Чтобы спасти этих поразительных китов, российским ученым и команде фонда «Природа и люди» приходится: считать хвосты, читать биографии по шрамам, прятать подростков от хищников, стрелять (спутниковыми метками) с парамоторов и тяжелых дронов. Рассказываем, как устроена жизнь гренландских китов России и кто помогает им не исчезнуть навсегда с лица планеты.
Международная команда ученых выяснила, что иногда взаимное вылизывание у кошек укрепляет социальные связи, но может служить и демонстрацией превосходства — способом давления или попыткой вытеснить более слабого соседа с удобного места. Открытие позволит по-новому взглянуть на социальную жизнь этих питомцев.
Ученые выяснили, почему интервальное голодание для многих оказывается эффективнее обычных диет. Исследование показало, что ограничение времени для приема пищи избавляет худеющего от изнуряющего ощущения жесткого контроля и при этом позволяет сбросить ровно столько же, сколько при скрупулезном подсчете калорий.
Кит живет двести лет, умеет пробивать головой полуметровый лед и поет океанский джаз голосом несмазанной дверной петли. Охотоморские гренландские киты — это не просто многотонные ледоколы. Это древние узники, которые остались жить в Охотском море со времен последнего оледенения. Это счастливцы, которые смогли пережить гарпуны китобоев XIX-XX веков, но сегодня уязвимы не меньше. Чтобы спасти этих поразительных китов, российским ученым и команде фонда «Природа и люди» приходится: считать хвосты, читать биографии по шрамам, прятать подростков от хищников, стрелять (спутниковыми метками) с парамоторов и тяжелых дронов. Рассказываем, как устроена жизнь гренландских китов России и кто помогает им не исчезнуть навсегда с лица планеты.
Деревья растут и люди стареют не потому, что идет время, а из-за происходящих внутри них процессов. Но можно ли сказать, что именно эти процессы порождают время? Ученый создал маленькую Вселенную, в которой дела обстоят именно так.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Американские ветеринары установили, что длина шага передних лап у пожилых собак отражает возрастные изменения в работе мозга. Когда у собак развивается деменция, шаги их передних лап становятся короче, причем эта связь не зависит от хронической боли в суставах.
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