Friday, May 05, 2017

Guosong Liu, neurocientífico del Centro Picower de Aprendizaje y Memoria del MIT, informa sobre el diseño y la función de las neuronas en la edición del 7 de marzo de Nature Neuroscience, que podría conducir a nuevas direcciones en cómo se hacen las computadoras.
Mientras que las computadoras se hacen más rápidas todo el tiempo, siguen careciendo de cualquier forma de inteligencia humana. Mientras que una computadora puede golpearnos en equilibrar un talonario de cheques o dominar un tablero de ajedrez, todavía no puede conducir fácilmente un coche o llevar una conversación.
Los ordenadores se retrasan en el poder de procesamiento sin procesar - incluso los componentes más poderosos son empequeñecidos por 100 mil millones de células cerebrales - pero su mayor déficit puede ser que están diseñados sin el conocimiento de cómo el propio cerebro computa.
Mientras que las computadoras procesan la información usando un sistema binario de ceros y unos, la neurona, Liu descubrió, comunica sus señales eléctricas en trinary - utilizando no sólo ceros y unos, sino también menos. Esto permite que se produzcan interacciones adicionales durante el procesamiento. Por ejemplo, dos señales pueden sumarse o anularse mutuamente, o diferentes elementos de información pueden conectarse o tratar de anularse mutuamente.
Una razón por la que el cerebro podría necesitar la complejidad adicional de otro componente de cálculo es que tiene la capacidad de ignorar información cuando sea necesario; Por ejemplo, si usted se está concentrando en algo, puede ignorar su entorno. "Las computadoras no ignoran la información", dijo Liu. "Esta es una ventaja evolutiva que es única para el cerebro".
Liu, profesor asociado de ciencias cerebrales y cognitivas, dijo que un elemento importante de cómo funcionan los circuitos cerebrales consiste en cablear los cables correctos positivos o "excitatorios", con los cables negativos o "inhibitorios" correctos. Su trabajo demuestra que las células cerebrales contienen muchos módulos de procesamiento individuales que cada uno recoge un número determinado de entradas excitatorias e inhibitorias. Cuando los dos tipos de entradas están correctamente conectados entre sí, puede producirse un procesamiento potente en cada módulo.
Este trabajo proporciona la primera evidencia experimental que apoya una teoría propuesta hace más de 20 años por el neurocientífico del MIT Tomaso Poggio, el profesor Eugene McDermott en las Ciencias del Cerebro, en el que propuso que las neuronas usan una forma excitatoria / inhibitoria para procesar la información.
Al demostrar la existencia de pequeños módulos de excitación / inhibición dentro de las células cerebrales, el trabajo también aborda una gran cuestión en la neurociencia: ¿Cuál es el transistor del cerebro o unidad de procesamiento fundamental? Durante muchos años, los neurocientíficos creían que esta unidad básica de la computación era la propia célula, que recoge y procesa las señales de otras células. Al mostrar que cada célula está construida a partir de cientos de pequeños módulos, cada uno de los cuales calcula de forma independiente, el trabajo de Liu se suma a una creciente opinión de que podría haber algo aún más pequeño que la célula en el corazón de la computación.
Una vez que todos los módulos han completado su procesamiento, canalizan las señales al cuerpo celular, donde todas las señales se integran y se transmiten. "Con células compuestas de tantas partes computacionales más pequeñas, la complejidad atribuida al sistema nervioso comienza a tener más sentido", dijo Liu.
Liu descubrió que estos microprocesadores se forman automáticamente a lo largo de la superficie de la célula a medida que el cerebro se desarrolla. Los módulos también tienen su propia inteligencia incorporada que parece permitirles acomodar defectos en el cableado o tormentas eléctricas en el circuito: si alguna de las conexiones se rompen, las nuevas se formarán automáticamente para reemplazar las viejas. Si las conexiones positivas "excitatorias" están sobrecargando, se forman rápidamente nuevas conexiones negativas, "inhibitorias" para equilibrar la señalización, restaurando inmediatamente la capacidad de transmitir información.
El descubrimiento de este acto de equilibrio, que se produce repetidamente en toda la célula, proporciona una nueva visión de los mecanismos por los cuales nuestros circuitos neurales se adaptan a las condiciones cambiantes.
Este trabajo es financiado por los Institutos Nacionales de Salud y el RIKEN-MIT Neuroscience Research Center.

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