Калі чыпсы апусціліся, ці варта спытаць у неўролага?

Тое, што мы робім у неўралогіі, можа мець прынцыповыя недахопы, калі мы не можам зразумець просты мікрапрацэсар з дапамогай перадавых інструментаў сучаснай неўралогіі

Пачнем з клішэ: мозг чалавека - гэта самая складаная машына ў вядомым сусвеце. 87 мільярдаў нейронаў; трыльён сувязяў. Лічбы настолькі вялікія, што ваша любімая выдання павінна параўноўваць іх з іншымі, літаральна астранамічнымі, лічбамі: "столькі ж нейронаў, як галактык у назіральнай сусвеце"; "Больш злучэнняў, чым ёсць зоркі на Млечным Шляху". Цудоўна. Цяпер у нас ёсць чатыры наборы лічбаў, якія мы не можам зразумець. І невялікае жаданне набыць тэлескоп ("оо бляск").

Гэты недарэчны маштаб чалавечага мозгу надае густ яго складанасці. І гэтая складанасць выклікае вельмі разумнае, але рэдка сфармуляванае пытанне: ці здольныя ў прынцыпе метады, якія мы выкарыстоўваем у неўралогіі, зразумець мозг? Іншымі словамі, калі мы можам маштабаваць тое, што мы робім зараз, да памераў чалавечага мозгу, яны распавядуць нам, як гэта працуе?

Адной з прычын гэтага пытання не было зададзена шмат у тым, што незразумела, як праверыць адказ. Як даведацца, ці зразумелі мы гэта, калі яшчэ не зразумелі?

Нядаўна Jonas & Kording прапанавалі разумнае рашэнне ў дакуменце, размешчаным у bioRxiv (1), выкарыстоўваючы простую аналогію. Мозг - гэта інфармацыйны працэсар, які складаецца з мноства частак з рознымі функцыямі. Што яшчэ ўяўляе сабой інфармацыйны працэсар, пабудаваны з мноства частак з рознымі функцыямі? Мікрапрацэсар. Такім чынам яны перарабілі пытанне: ці можна выкарыстоўваць метады нейранавукі, каб зразумець мікрапрацэсар?

Адказ на гэтае пытанне стаў магчымым таму, што нейкая гераічная каманда напісала поўны праграмны сімулятар класічнага працэсара MOS6502. Ён дакладна мадэлюе напружанне ў кожным провадзе і стан кожнага транзістара, на кожным імітаваным цыкле апрацоўкі. І калі мы разумеем, як працуе працэсар - мы наўрад ці зможам пабудаваць ідэальны сімулятар для нот, калі б гэтага не зрабілі - таму мы дакладна ведаем, да чаго імкнемся.

MOS6502 ляжаў у аснове некаторых класічных хатніх кампутараў - Atari VCS / 2000, C64 і BBC Micro. Не дзіўна, што яго трэнажор можа гуляць у сапраўды класічныя гульні. Такім чынам, Jonas & Kording прымусілі MOS6502 "мозг" вырабіць тры "паводзіны": Pitfall, Donkey Kong і Space Invaders. Затым яны прымянялі метады нейранавукі, каб прааналізаваць актыўнасць транзістараў падчас кожнага паводзін, каб выявіць, як працуе працэсар.

Яны цалкам, радасна, праваліліся.

У адной спробе яны скарысталіся падручнікам нейранавуковага падыходу, каб выявіць, што біты мозгу робяць: яны выразаюць іх. (Гэты падыход ужо мае вядомыя праблемы, прыгожа сфармуляваныя Альвецкім і яго калегамі). Выключаючы адзін за адным транзістары, яны маглі назіраць, ці не парушае іх паводзіны кожны з іх. Каля 45% транзістараў, выдаляючы кожны сапсаваны ўсе тры паводзіны; неўролаг, назіраючы за гэтым эфектам высячэння нейронаў, цалкам можа зрабіць выснову: «таму гэта асноўныя функцыі - магчыма ўзбуджэнне; альбо памяць. Або дыханне. " Каля 5% транзістараў, выдаленне кожнага парушала толькі адно паводзіны. Класічная неўралагічная інтэрпрэтацыя: некаторыя з гэтых транзістараў прызначаны для Donkey Kong; і некаторыя з іх - для касмічных захопнікаў. Якая б лаялася з розуму. Гэта агульнапрыняты працэсар - не існуе транзістараў "для" пэўнай гульні.

У іншай спробе Jonas & Kording выкарыстоўвалі аналіз прычыннасці, характэрны для неўралогіі, каб паспрабаваць раскрыць паток інфармацыі праз працэсар. Зразумела, гэта літаральна правадна: інструкцыі зачытваюцца ў дэкодэр, які абнаўляе рэгістр, значэнні якога затым выкарыстоўваюцца Арыфметычнай лагічнай адзінкай для простых аперацый - дадання, аднімання і гэтак далей. Але аналіз прычынна-выніковых сувязяў, хаця і правільны элемент, не мог знайсці гэты інфармацыйны паток. Што яшчэ горш, дадаюцца шляхі, якіх не існуе. Што яшчэ горш, ён сцвярджаў, што ключавыя шляхі патоку інфармацыі былі рознымі паміж трыма "паводзінамі". Лай, шалёны брэх. Гэта працэсар агульнага прызначэння - для канкрэтнай гульні няма інфармацыйных патокаў.

Незалежна ад простых і складаных падыходаў, якія яны кінулі на працэсар, яны намалявалі нарыхтоўку. Няўжо ўся нейра навука - пустая трата часу?

Не зусім. Тое, што нам прапануюць Джонас і Кордзінг, - гэта асцярожнасць. Мозг не падобны на працэсар ніякім глыбокім чынам; і калі б мы хацелі зразумець працэсар, мы, верагодна, не выкарыстоўвалі б гэтыя метады, каб зразумець яго. Але іх праца кажа пра тое, што мы недастаткова думаем пра тое, як будзе выглядаць адказ - "разуменне мозгу". І маральны ўрок: не патрабуйце ад неўрапатолага выправіць свой кампутар.

Калі вам гэта спадабалася, калі ласка, націсніце so ніжэй, каб іншыя людзі маглі прачытаць пра яго на Media.

Больш падрабязна пра гэтага аўтара

Даведка: Jonas, E. & Kording, K. (2016) Ці можа нейразнаўца зразумець мікрапрацэсар? bioRxiv. DOI: 10.1101 / 055624

(1) адважны новы свет сервера папярэдняй друку біялогіі. З пачатку 90-х фізікі размяшчалі папярэднія матэрыялы - поўныя дакументы, гатовыя да адпраўкі ў навуковы часопіс. Але для біёлагаў ідэя паказваць каму-небудзь сваю працу да публікацыі была прызнана настолькі вар'яцкай, што простае існаванне bioRxiv прымусіла New York Times напісаць: "Жменька біёлагаў пайшла Рога і публікавалася непасрэдна ў Інтэрнэце"