Часть 2. Интересные идеи, опубликованные в

26 января 2016 года в Точке Кипения АСИ
«Котел» идей.
прошла очередная научная сессия
На
еженедельных
"Рабочих
сессиях"
НейроНет
"КОТЕЛ"
идей происходит обзор и разбор "горячих" новостей по нейротехнологиям и
нейронаукам. В первую очередь публикации журналов Nature и Science, выборки из arXiv
и другие источники. Научную сессию проводит один из активных участников рабочей
группы НейроНет НТИ - доктор физ-мат. наук, профессор Виталий Львович ДунинБарковский.
На научной сессии были представлены следующие новости нейромира.
Часть 1. Новости.
 Электронный журнал «Computerworld»[1] опубликовал сообщение о том, что
Пентагон планирует финансировать исследования – создание чипа, который будет
имплантирован непосредственно в мозг солдата, чтобы обеспечить ему прямую связь с
компьютерами о его местоположении, картах противника, инструкции действий. Филипп
Алвелда, менеджер который будет курировать эту программу в DARPA, говорит:
«сегодня две супер совершенные системы – мозг и компьютер общаются через архаичный
300-байтовый модем».
В ходе обсуждения новости в «Котле» идей отметили, что идея встроенных чипов
будоражит умы ученых уже давно. Наступает эпоха активных разработок и внедрений.
Многочисленные исследования в области искусственного интеллекта только доказывают,
что есть области, в которых человеческий мозг обрабатывает информацию быстрее и
эффективнее. Вместе с тем, ранее к любым инвазивным методикам, выполненных на
здоровых людях – исследователи традиционно относились насторожено. Инвазия – это
метод медицины, когда речь идет о спасении жизни и функций человека. Данная
публикация, в том числе отражает, в данный момент ученые предполагают, что прямое
взаимодействие с ЦНС потенциально выгоднее, чем возможные риски вмешательства в
жизнедеятельность человека.
 В сети активно обсуждается посыл «Информационный объем мозга человека равен
Интернету» [2]. Выводы делаются на основании статьи Терри Седжновски из Института
биологических исследований Солка, представленной в электронном журнале e-life[3]. На
научной сессии профессионалы попробовали разобраться в аргументах авторов. И пришли
к выводу, что подобные расчеты являются метафорой, которая появилась при
популяризации данных науки журналистами. В оригинале статьи никак не указано на
связь результатов исследования с ресурсным объемом Всемирной паутины.
В самой же статье рассказывается о том, что проводилось исследование строения
гиппокампа крысы. Оказалось, что при достаточно близком расположении шипиков к
друг к другу, иными словами, в условиях предельно близкого уровня электрической
активности, их пропускная способность одинакова. Было обнаружено 26 градаций на
синапс. Видимо дальнейшие расчеты были такие: 1011 нейронов в головном мозге, и,
соответственно 1014 синапсов, каждый несет примерно 26 градаций, или около 5 байт
информации. Вероятно, эти значения и сопоставлялись для оценки емкости мозга. С
другой стороны, емкость Интернета измеряется ексабайтами информации, метафора не
очень понятная и не очень удачная.
Часть 2. Интересные идеи,
опубликованные в январе 2016 года Nature и
Science.
 Журнал «Nature» [4] представил научное открытие о том, что на модели зрения
мыши, показано, что сетчатка глаза представляется не в виде традиционной фотоматрицы, а скорей как современные системы обработки изображений, используемые
deep-learning. Зрение предполагает разнообразные информационные каналы от глаза к
1
мозгу и включает стратегию кодирования, напоминающую то, что сейчас используется в
искусственных системах технического зрения. Это открытие ведет к революционным
изменениям в физиологии. И следует ждать дальнейших работ - расширение и
переосмысление традиционных знаний под влиянием идей deep learning.
 Следующая статья журнала Nature[5] сразу после публикации моментально
заслужила внимание и комментарии известных ученых-нейрофизиологов. Ей уделили
внимание в Твиттере Михаил Лебедев[6]
и Рафаэль Бене[7]. Моторные нейроны
оказывается,
не только выполняют последний этап цикла движения в ЦНС и
иннервируют мышцы, но и непосредственно участвуют и влияют на проектирование
движения. Традиционно, моторные нейроны рассматривались как пассивные получатели
сигнала, цель которых просто передать сигнал сгенерированной уровнями выше, донести
до мышц программу движения. Эксперименты показали, что моторные нейроны
участвуют в генерации команд и обеспечивают синхронизацию мышечных движений.
Это открытие может повлечь за собой изменение понимания базовых основ системного
функционирования ЦНС.
 Журнал «Science» [8] представил выводы исследования – олигодендроциты, один
из видов глиальных клеток, следуют за сосудами. Развитие мозга, предполагает миграцию
клеток-предшественников, часто на очень большие расстояния от мест-происхождения в
начале нервной трубки до конечных участков дифференциации в многослойной ткани
головного мозга. Исследование показало, кровеносные сосуды становятся «тропами» для
миграции клеток. Результаты являются существенными в том, что они добавляют новые
штрихи к картине функционирования человека. Оказывается, что кровеносные сосуды
играют роль гораздо большую, чем обеспечение кислородом и питательных веществ к
тканям.
 Журнал «Cell» [9] опубликовал статью о механизмах внимания, ученые нашли
индикаторы внимания – нейроны в медиальной префронтальной коре. Это полностью
согласуется с ранее полученными данными о локализации рабочей памяти. Интересна
сама схема проведенного эксперимента. Отчасти он напоминает игру «в наперстки» с
запутыванием внимания свидетеля. Мышь тренировали на отслеживание ячейки, в
которой загорится сигнал, она получала поощрение за минимизацию времени между
поданным сигналом и ответом. Соответственно были доступны три опции: отследила
сигнал, ошиблась-отвлекалась, не успела по времени. Из особо интересных результатов:
(1) найдены корреляции активности интернейронов и успешностью последующей
попытки, (2) при синхронизации интернейронов со стимулирующими вспышками лазеров
– мышь становилась внимательнее, ее показатели «угадывания» улучшались. Этот
результат показывает, что подтверждается гипотеза о возможности улучшения
способностей и возможностей мозга за счет внешней стимуляции определенных зон.
 Часть 3. Искусственный интеллект.
 Интересная работа в «Arxiv» [10] нейронные сети применены для мультиязычного
перевода. При этом используется идея перевода через вспомогательный вектор. Данная
идея активно продвигается исследователями и, кажется, очень интересной и
перспективной, требует дальнейших исследований и в России. Вместе с тем, поднимает
вопросы о существовании прото-языка как способа кодирования для всех языков.
В эксперименте, нейронная сеть состоит из двух подсетей: та, что обучается
преобразованию из текста в вектор на одном языке и та, что преобразует отдельно вектор
в текст на другом языке. Исследователи предполагают, что трудности перевода различных
языков связаны с так называемом фокусом внимания в языке, который нивелируется за
счет векторного кодирования. При этом при параллельном переводе с нескольких языков
качество перевода значительно улучшается, что также показывает эффективность
предложенного метода.
Ссылки на статьи:
2
1 U.S. military wants to create cyborg soldiers. By Sharon Gaudin // computerworld.com http://www.computerworld.com/article/3025321/emerging-technology/us-military-wants-to-createcyborg-soldiers.html
2 Весь Интернет в мозге. Объем памяти в 10 раз больше, чем считалось. Текст Юрий Медведев.//
"Российская газета" - Федеральный выпуск №6883 (15) от 27 января 2016 г.http://m.rg.ru/2016/01/27/pamyat.html
3 Nanoconnectomic upper bound on the variability of synaptic plasticity. Harris, Terrence J Sejnowski,
Thomas M Bartol, Cailey Bromer, Justin P Kinney, Micheal A Chirillo, Jennifer N Bourne, Kristen M.
ACCEPTED MANUSCRIPT. - http://dx.doi.org/10.7554/eLife.10778. DOI: Cite as: eLife
2015;10.7554/eLife.10778, Published: 30 November 2015, Accepted: 29 November 2015, Received: 11
August 2015.
4 The functional diversity of retinal ganglion cells in the mouse. Tom Baden, Philipp Berens, Katrin
Franke, Miroslav Román Rosón, Matthias Bethge & Thomas Euler.//Nature 529, 345–350 (21 January
2016) doi:10.1038/nature16468 Received 12 February 2015, Accepted 17 November 2015, Published
online 06 January 2016 . - http://www.nature.com/nature/journal/v529/n7586/full/nature16468.html
Chimp friendships based on trust// Nature 529, 258 (21 January 2016) doi:10.1038/529258a Published
online 20 January 2016. - http://www.nature.com/nature/journal/v529/n7586/full/529258a.html
5 Motor neurons control locomotor circuit function retrogradely via gap junctions. Jianren Song,
Konstantinos Ampatzis, E. Rebecka Björnfors & Abdeljabbar El Manira.//Nature 529, 399–402 (21
January 2016) doi:10.1038/nature1649.-Received 01 June 2015, Accepted 27 November 2015, Published
online 13 January 2016.
6 Твиттер. Михаил Лебедев. О роли моторных нейронов.
https://twitter.com/LebedevMikhailA/status/687680346339565569. – 8:59 14.01.2016
7 Твиттер. Рафаэль Бене. О роли моторных нейронов.
https://twitter.com/neuroraf/status/687546531549937664 . – 12:07 14.01.2016
8 Oligodendrocytes follow blood vessel trails in the brain. Elisabetta Dejana, Christer Betsholtz.//
Science 22 Jan 2016: Vol. 351, Issue 6271, pp. 341-342 DOI: 10.1126/science.aaf1139 http://science.sciencemag.org/content/351/6271/341
9 Prefrontal Parvalbumin Neurons in Control of Attention. Hoseok Kim, Sofie A hrlund-Richter,
Xinming Wang, Karl Deisseroth, Marie Carlén.// Сell 164, 208–218, January 14, 2016,
http://dx.doi.org/10.1016/j.cell.2015.11.038. - http://www.cell.com/cell/pdf/S00928674%2815%2901557-3.pdf
10 Multi-Way, Multilingual Neural Machine Translation with a Shared Attention Mechanism. Orhan
Firat, Kyunghyun Cho, Yoshua Bengio.// arXiv:1601.01073v1 [cs.CL] 6 Jan 2016.http://arxiv.org/pdf/1601.01073.pdf
3