Un singur neuron funcționează ca un supercomputer, potrivit unui nou studiu

În creierul uman, fiecare neuron ar putea fi mult mai puternic decât au crezut până acum oamenii de știință. Un nou studiu sugerează că o singură celulă nervoasă este capabilă să realizeze calcule atât de complexe încât pot fi comparate cu cele efectuate de o rețea neuronală artificială profundă.

Descoperirea ar putea schimba fundamental modul în care cercetătorii înțeleg originea unor abilități umane precum limbajul, gândirea matematică, imaginația sau creativitatea. Inteligența nu ar depinde doar de numărul impresionant de neuroni din creier și de conexiunile dintre ei, ci și de puterea de procesare a fiecărei celule în parte.

Un singur neuron ar putea funcționa ca un „microcip”

Timp de decenii, oamenii de știință au considerat că performanța extraordinară a creierului uman se datorează în principal dimensiunii sale și rețelei uriașe de conexiuni dintre neuroni. Creierul uman conține aproape 100 de miliarde de neuroni, iar fiecare dintre aceștia comunică permanent cu ceilalți.

Însă noua cercetare, publicată în revista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), arată că explicația ar putea fi mult mai complexă. Neuronii din cortexul cerebral – regiunea responsabilă pentru gândirea abstractă, limbaj, memorie și luarea deciziilor – par să proceseze informațiile într-un mod mult mai sofisticat decât se credea până acum.

În loc să funcționeze asemenea unui simplu întrerupător care decide dacă transmite sau nu un semnal, fiecare neuron poate combina informațiile primite prin procese interne complexe, comportându-se asemănător unui microcip biologic.

Citește și: Ce efecte are căldura extremă asupra creierului uman, potrivit specialiștilor

Inteligența umană ar începe la nivelul fiecărei celule nervoase

Dacă fiecare neuron este capabil să efectueze mai multe calcule înainte ca informația să fie transmisă mai departe în rețeaua cerebrală, atunci întreaga putere de procesare a creierului crește exponențial.

Această ipoteză ar putea explica de ce oamenii au capacități cognitive net superioare celorlalte mamifere, chiar dacă diferențele privind numărul total de neuroni nu sunt suficiente pentru a justifica această superioritate.

„Oamenii își imaginează adesea neuronii ca pe niște întrerupătoare simple, care fie se activează, fie nu. Noi demonstrăm că un singur neuron uman este, de fapt, un dispozitiv de calcul extrem de sofisticat”, a explicat profesorul Idan Segev.

AI a fost folosit pentru a măsura puterea neuronilor

Pentru a compara neuronii umani cu cei ai altor mamifere, cercetătorii au apelat la inteligența artificială.

Ei au creat modele digitale ale neuronilor și au încercat să reproducă, cu ajutorul rețelelor neuronale artificiale (ANN), modul în care fiecare celulă biologică procesează informațiile primite și generează un răspuns.

Principiul a fost simplu: dacă un neuron biologic putea fi imitat de o rețea artificială mică, însemna că acesta are o structură relativ simplă. Dacă, însă, era nevoie de o rețea profundă și foarte complexă pentru a-i reproduce comportamentul, însemna că neuronul respectiv efectuează operațiuni mult mai sofisticate.

Această metodă le-a permis cercetătorilor să estimeze, pentru prima dată, puterea reală de calcul a unui neuron.

Citește și: Câți neuroni mor în fiecare secundă și zi

Neuronii umani sunt mai performanți

Rezultatele au fost surprinzătoare. Neuronii din cortexul uman au necesitat rețele artificiale semnificativ mai complexe pentru a le reproduce funcționarea, comparativ cu neuronii altor mamifere.

O parte din această performanță se explică prin structura bogată a dendritelor – ramificațiile care primesc informații de la alte celule nervoase – dar și prin proprietățile electrice specifice neuronilor umani.

Aceste caracteristici permit neuronilor să analizeze combinații complexe de semnale, nu doar să le adune și să decidă dacă trimit mai departe un impuls nervos.

Potrivit autorilor, această capacitate ar putea sta la baza unor procese cognitive extrem de sofisticate, precum recunoașterea obiectelor, diferențierea imaginilor sau înțelegerea limbajului.

Descoperirea ar putea schimba dezvoltarea AI

Concluziile studiului contestă ideea acceptată până acum, potrivit căreia inteligența umană este determinată aproape exclusiv de numărul neuronilor și al conexiunilor dintre ei.

Noua cercetare sugerează că evoluția cognitivă a omului ar putea fi explicată și prin faptul că fiecare neuron este, în sine, un procesor biologic extrem de performant.Mai mult, rezultatele ar putea influența și dezvoltarea viitoarelor sisteme de inteligență artificială.

În prezent, majoritatea rețelelor neuronale artificiale folosesc unități foarte simple, iar performanța este obținută prin conectarea unui număr foarte mare dintre acestea.

Cercetătorii cred însă că viitoarele generații de AI ar putea deveni mult mai eficiente dacă fiecare „neuron artificial” ar avea o putere de procesare internă mai apropiată de cea a neuronilor biologici umani.

O astfel de abordare ar putea deschide drumul către sisteme de inteligență artificială mai performante și mai apropiate de modul în care funcționează creierul uman.