大腦的學習方式完全不同於20世紀以來的假設

【博科園-科學科普（關注「博科園」看更多）】大腦是一個包含數十億神經元的複雜網路，每個神經元通過突觸(鏈接)與成千上萬的神經元同時進行交流。然而神經元實際上是通過幾個極長的分枝「手臂」來收集它的許多突觸傳入信號，它們被稱為樹突狀樹。1949年Donald Hebb的開創性研究表明，學習是通過改變突觸的強度而在大腦中發生的，而神經元則是大腦中的計算元素。直到今天，這仍然是一個普遍的假設。使用新的理論結果和實驗神經文化，一群科學家、教授為首的被罩坎特，物理系和Gonda(Goldschmied)巴伊蘭大學多學科的大腦研究中心表明中央假設了近70年，學習只發生在突觸是錯誤的。

圖像代表了舊的突觸(紅色)和新的樹突(綠色)學習場景的大腦。在中心，一個有兩個樹突的神經元通過成千上萬個微小的可調節學習參數來收集傳入的信號，這是由紅色閥門代表的突觸。在新的樹突狀學習場景中(右)只有兩個可調的紅色閥門位於靠近計算單元的神經元。這個比例是這樣的，如果一個神經元收集它的傳入信號由一個人的遙遠的手指來表示，它的手的長度將會和摩天大樓一樣高(左)。圖片版權：Prof. Ido Kanter

在今天（3月25日）發表在《科學報告》(Scientific Reports)上的一篇文章中，研究人員「」違背」了傳統的觀點，認為學習實際上是由幾個樹突完成的，類似於目前被認為是突觸的緩慢學習機制。在樹突上新發現的學習過程發生的速度比以前的情況要快得多，這表明學習只發生在突觸上。在這個新的樹突學習過程中，每個神經元都有一些自適應參數，相比之下，在突觸學習場景中有成千上萬個微小而敏感的參數。新建議的學習情景表明，學習發生在與神經元更接近的幾個樹突上，而不是先前的概念。「通過許多微小的、遙遠的衛星感測器，在摩天大樓的高度，或者在靠近鼻子的地方使用一個或多個感測器，來測量我們呼吸的空氣質量是否有意義？

同樣地，神經元更有效地估計其傳入信號接近其計算單元，即神經元。赫伯的理論已經深深紮根於科學界長達70年之久，以至於沒有人提出過如此不同的方法。此外突觸和樹突與神經元在一個系列中相連，因此學習過程的精確定位位點似乎無關緊要。這項研究的另一個重要發現是，弱突觸，以前被認為是不重要的，即使它們組成了我們的大部分大腦，在我們大腦的動態中扮演著重要的角色。它們誘導學習參數的振蕩，而不是將它們推向不切實際的固定極端，正如當前的突觸學習情景所建議的那樣。

新的學習場景出現在大腦的不同部位，因此需要重新評估當前治療大腦功能紊亂的方法。因此這個流行的短語「一起點燃的神經元」，總結了唐納德·赫布70年的假設，現在必須重新措辭。此外，學習機制是在最近先進的機器學習和深入學習的基礎上取得的。學習模式的改變為不同類型的深度學習演算法和基於人工智慧的應用模擬我們大腦功能的應用打開了新的視野，但它具有先進的功能和更快的速度。

知識：科學無國界，博科園-科學科普

參考：Scientific Reports

內容：經「博科園」判定符合今主流科學

來自：Bar-Ilan University

編譯：中子星

審校：博科園

解答：本文知識疑問可於評論區留言

傳播：博科園

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！