חוקרים זיהו מנגנון פעולה טבעי של המח, הקרוב למצב של הזיה – ומאפשר פעולה אופטימלית מבחינה חישובית

המחקר נותן בסיס תיאורטי לרעיון שהמוח עובד ליד מצב גבולי (קריטי בשפה המקצועית), ויש בכך חשיבות הן לאפיון הדינמיקה של המוח הבריא והן להבנה של מנגנונים אפשריים להתפתחותן של הפרעות

רשת נוירונים. איור: ד"ר אורן שריקי, אוניברסיטת בן גוריון
רשת נוירונים. איור: ד"ר אורן שריקי, אוניברסיטת בן גוריון

מחקר שנערך לאחרונה על-ידי ד"ר אורן שריקי מהמחלקה לפסיכולוגיה ומדעי המוח והקוגניציה באוניברסיטת בן-גוריון בנגב, בשיתוף פעולה עם דובי ילין ממכון ויצמן למדע, מציע כי תהליכי למידה במוח יכולים להוביל רשתות של תאי עצב במוח לפעול בסביבת מצב גבולי ייחודי. מצד אחד, עבודה במצב זה מאפשרת לרשתות עצביות ביצועים אופטימליים ביכולת לעבד מידע תחושתי. מצד שני, הדבר כרוך גם בסיכון של "חציית הגבול" למצב שבו פעילות הרשת אינה מייצגת את הקלט ומתפתחות הזיות.

במישור היישומי, המחקר נותן בסיס תיאורטי לרעיון שהמוח עובד ליד מצב גבולי (קריטי בשפה המקצועית), ויש בכך חשיבות הן לאפיון הדינמיקה של המוח הבריא והן להבנה של מנגנונים אפשריים להתפתחותן של הפרעות. המחקר פורסם ב-16 בפברואר 2016 בכתב העת PLoS Computational Biology, המאפשר גישה פתוחה למאמריו.

יצוין, כי רשתות עצביות במוח כוללות קשרי היזון-קדימה (feedforward), אשר מעבירים מידע משלב עיבוד אחד למשנהו. עם זאת, תאי עצב בכל שלב עיבוד "מדברים" זה עם זה באמצעות קשרי משוב (recurrent). רשתות משוב יכולות להציג רפרטואר עשיר של התנהגויות דינמיות. בפרט, הן יכולות לקיים פעילות עצבית גם ללא קלט חיצוני אובייקטיבי, מצב אשר ניתן לפרש כהזיה. שאלה מרכזית היא כיצד תורמים קשרי המשוב לייצוג מידע במוח וכיצד עליהם להתפתח כדי להביא לייצוג מידע אופטימלי. על מנת להשיב על שאלה זו, החוקרים פיתחו וחקרו מודל מתמטי של רשת עצבית, הכוללת קשרי היזון-קדימה משכבה אחת של תאי עצב לשכבה נוספת וכן קשרי משוב בין הנוירונים בשכבה השנייה. (מצ"ב תרשים)

בדומה לרשתות עצביות אמיתיות במוח, מציגים למודל הרשת קלטים תחושתיים, וקשרי המשוב מתפתחים בתהליך של למידה. כללי הפלסטיות שאחראים לשינויים בקשרי המשוב בנויים כך שייצוג המידע ברשת ילך וישתפר במהלך הלמידה. החוקרים מצאו כי ייצוג מידע אופטימלי מתקבל כאשר הרשת נוטה לפעול קרוב למצב של "הזיות".

ד"ר שריקי: ניתן להסביר זאת באמצעות אנלוגיה פשוטה: תארו לעצמכם שעליכם לדבר באמצעות מיקרופון לקהל גדול. כאשר אתם מגבירים את עוצמת הקול במגבר, בשלב מסוים אתם מתחילים לשמוע צליל חד, הנובע ממשוב בין המיקרופון והמגבר. כדי להימנע מצליל זה, שאינו מעביר מידע, אך עדיין לשמור על עוצמת קול גבוהה, אתם מחלישים מעט את עוצמת הקול. באופן דומה, רגישות אופטימלית לקלטים תחושתיים חיצוניים מושגת כאשר קשרי המשוב ברשת העצבית חזקים מספיק כדי להגביר את הקלטים, אך אינם דומיננטיים מדי כדי שייווצרו הזיות".

ממצאים אלו מספקים גם תובנות לגבי הגורמים האפשריים לכמה הפרעות נוירולוגיות ופסיכיאטריות. בפרט, רשתות ליד המצב הגבולי רגישות מאד לשינויים קטנים בחוזק קשרי המשוב בין תאי העצב. שינויים קטנים כאלו יכולים להעביר רשת עצבית תקינה למצב הלא-רצוי של הזיות ולהתבטא כהפרעה נוירולוגית. למשל, ידוע שכאשר אנשים נמצאים בבידוד חושי, הם מתחילים לפתח הזיות. המודל מציע הסבר מעניין למנגנון שמאחורי התופעה: כאשר הקלטים לרשת מוחלשים, הרשת מתקרבת לנקודת הגבול על-מנת להגביר את הקלטים עוד יותר, אך עשויה לעבור את הגבול ולפתח הזיות. לדברי ד"ר שריקי, הזיות הן באופן כללי דבר לא רצוי, שכן הן מעידות על כך שהאזורים המעבדים מידע תחושתי התנתקו מהקלט שלהם. הטענה שלנו היא שמצב שקרוב להזיות, אך בלי להיכנס עדיין להזיות, הוא אופטימלי מבחינה חישובית. מבחינת הקשר לסמים, הטענה שעולה מהמאמר היא שלא צריך כמות גדולה של סם הזייתי כדי לגרום להזיות, מכיוון שהמערכת נמצאת מראש קרוב למצב של הזיות, אבל קשה לכמת את זאת.

כיתוב לתמונה: ד"ר אורן שריקי.
http://imagelibrary.bgu.ac.il/pf.tlx/jRjLWjpSE2Q

12 Responses

  1. מהזנחת חקר החלומות,
    נראה לי שהמחקר מחמיץ אפשרות טובה ללקט מידע
    בעניין צורת פעולת המוח.

    סביר להניח שפעולת החלימה
    היא חלק חשוב מצורת הפעולה של המוח במצב עירנות…

  2. הכתבה לא מובנת ולא ברורנה ונראה כאילו הכותב שולח את הקורא לוקיפדיה עבור כל משפט שני בו הוא משתמש במוג רפואי שהוא לא טורח להסביר אותו. לא מובן ומתנשא. המרצה כראה מרצה גרוע, אם כך הוא מסביר דברים

  3. המאמר כאן הוא מתימטי. המצב שגולש לאי-יציבות הוא מתימטי. ריי קורצווייל לא עשה דברים במתימטיקה, הוא היה חזאי העתיד, הוגה דעות.
    הם פיתחו מודל מתימטי של תהליך חשיבה בנויורון. יכול להיות שקיבלו השראה, אבל מודל מתימטי זה נראה די מעניין.
    עכשיו נשאלת השאלה האם מישהו קודם בנה מודל מתימטי. לדעתי כן. ראיתי. אני לא מהתחום ולא יכול להעריך כמה חדשנית העבודה.

  4. "I do my most creative work, literally, sort of in bed, a lucid dreaming process. It's actually a mental discipline that I've done for a long time.

    Before I go to sleep I assign myself some problem and it can be any kind of problem. It can be a business challenge, a decision or some business issue. It could be a math problem. It can be how to design a particular invention or it could be a writing problem: how do I organize material to express a certain thought.

    And I try not to solve the problem, because obviously that will cut off any further creative thought about it. But I do try to reflect on what to do. I know about this? What would a solution look like? What would a solution look like and what's the background knowledge I have related to this.

    And then I go to sleep and then I will dream about it and if I wake up in the middle of the night I will find myself dreaming about something having to do, in a strange way, with this problem. And there's a couple of interesting characteristics of our dream thinking process. Censors are relaxed in dreaming. We allow ourselves to think about things we don't allow ourselves to think about. That's why dreams very often will deal with social taboos and things we don't allow ourselves to think about or at least talk about during the day.

    But also, there are professional taboos that are relaxed. Taboos like, "You can't solve a signal processing problem that way," and "you don't use that technique for linguistics," and we have all these ways that professionals learn that you are supposed to solve problems and those are relaxed as well so you begin to think in creative new ways.

    Something else not functioning in your dream life is your rational faculty. So you really are actually unable to evaluate ideas at that time. That's one of the reasons why strange things will happen in your dreams and what's strange about those, like say an elephant will come through the wall, what's strange about it is not just that the elephant came through the wall but the fact that you don't think it's strange in the dream.

    It happens and you don't say, "My God, the elephant came through the wall. How did that happen?" [You say,] "Okay, the elephant came through the wall. Nothing strange about it."

    It's because our rational faculties are not working. What you really would like to do is have this ability to make new connections, a sort of relaxation of the professional restrictions on our thinking, but also have our rational faculties.

    Well there's a stage of in between dreaming and being awake. Kind of a lucid dreaming period. It generally happens in the morning. You are kind of vaguely aware that you're in bed. You could, for example, formulate the rational thought, "Gee, I've got a lot to do today. I'd better get out of bed and get up. That is, in fact, what most people do at that time.

    But if you stay in bed instead, and let the dream process continue, cause you still have sort of access to the dream process, but now you're sufficiently conscious that your rational critical faculties are also working.

    And I'll come back to the problem I assign myself when I went to sleep and invariably I'll have really dramatic new insights into that problem. Very often a solution, new ways of thinking about it.

    If I have an important decision that I'm really not sure about, you know, what strategy should I use for this business problem, or should we hire this person or do this business deal or how would I solve this technical problem, I will use this technique and generally that's how I will solve these few problems.

    During the day I'm just sort of carrying out these dream decisions. I don't rush out of bed and I don't work twelve-hour days, but I try to be efficient. My mind is always thinking about these things so depending on what you mean by work, I am constantly thinking and my work is mental work. I'm dealing with ideas, whether I'm doing technology development, business development, or I'm doing these communications projects in terms of writing. It's all the world of ideas"

    http://www.afb.org/info/living-with-vision-loss/using-technology/ray-kurzweil/part-2-of-4/1245

  5. ראשית, רשתות נוירונים הכוללות בתוכן משוב-לאחור (Feed-Forward) אינן דבר חדש :

    https://www.youtube.com/results?search_query=recurrent+neural+networks

    דבר שני, הכתבה הזכירה לי את ריי קורצוויל, הוא טוען שלרוב הרעיונות וההמצאות שלו הוא מגיע מתוך חלימה צלולה, שהיא בעצם סוג של הזייה מאד מציאותית, שזה דיי תואם למה שרשום כאן.

  6. הכתבה כאן ובמקור מרתקות. אני לא מסוגל להעריך כמה חדשניות הן ביחס לעולם. הכתבה במקור מוגשת מדעית מאד עם מודלים של למידת מכונה, משוואות דיפרנציאליות ופתרונן. זיהוי פתרון סף. מרתק אותי כמה מצליחים עם מודל מתימטי לתאר דברים כאלה.

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר. שדות החובה מסומנים *

אתר זה עושה שימוש באקיזמט למניעת הודעות זבל. לחצו כאן כדי ללמוד איך נתוני התגובה שלכם מעובדים.