Группа исследователей из Саратовского государственного университета имени Н. Г. Чернышевского открыла новые свойства связанных нейронов.
Связанные нейроны демонстрируют способность переходить в разные режимы работы в зависимости от силы связи — от молчания до синхронных колебаний. Открытие будет способствовать изучению механизмов работы искусственного интеллекта. Результаты исследований опубликованы в журнале Chaos.
В своей работе ученые использовали компьютерное моделирование, чтобы изучить два нейрона. Эти нейроны были воссозданы в цифровом виде с помощью детальной биофизической модели Ходжкина-Хаксли. Эта модель, в отличие от упрощенных вариантов, например, модели Фицхью-Нагумо, очень точно описывает, как электричество работает в мембране нейрона, принимая во внимание движение ионов натрия, калия и других ионов. Благодаря своей высокой реалистичности, модель Ходжкина-Хаксли особенно полезна для понимания сложных процессов, происходящих в нервных клетках.
Исследования показали изменения трех характеристик пары смоделированных нейронов при взаимодействии друг с другом — величины внешнего тока, начального электрического напряжения мембраны и силы связи. В зависимости от этих параметров, два нейрона могут синхронизироваться в трех разных состояниях. Они либо оба остаются спокойными (не генерируют импульсы), либо выдают одиночный импульс, либо переходят в режим устойчивых колебаний.
Важно, что активность одного нейрона сильно влияет на другой. Такая связь может изменить состояние второго нейрона, либо запустив его активность, либо, наоборот, подавив ее.
Нами показано, что режимами двух моделей нейронов в связке можно управлять не только постоянным внешним током, но также величиной силы связи и даже начальных условий.
Важнейшим открытием в процессе работы стало выявление критического значения силы связи между нейронами. Если связь становится сильнее этого порога, поведение нейронов резко меняется. Например, нейрон, который обычно неактивен при слабом внешнем токе, может начать синхронно колебаться с соседним активным нейроном, если сила связи между ними превысит этот порог. Обратная ситуация тоже возможна. Так, сильная связь может заставить пару нейронов выдавать только один общий импульс, даже если один из них обычно генерирует импульсы сам по себе. Чтобы измерить, насколько синхронно работают нейроны, ученые использовали коэффициент корреляции Пирсона.
Как утверждают ученые, понимание того, как нейроны взаимодействуют и синхронизируются в небольших группах, поможет нам лучше понять, как работает мозг в целом. В настоящее время исследовательская группа изучает, как на синхронизацию нейронов влияют периодические сигналы и случайный шум.
Ранее Наука Mail рассказывала об использовании искусственного интеллекта в разработке ароматов для духов.
