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 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.
Долгое время считалось, что люди, которые увлечены просмотром видео для взрослых, чаще жалуются на симптомы депрессии. Однако новое лонгитюдное исследование с участием почти 3000 человек показало: эта связь значительнее сложнее, чем предполагали.
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.
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.
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