SzürkeÁllomány.Agyséta

A kutya, a tengeri nyúl és a csikóhal meséi arról szóltak, hogyan tanul egyetlen idegsejt és ezáltal az idegrendszer hogyan képes egyszerű, változó környezetben is megfelelően működő válaszokat mutatni. A mátrix memória példáján bemutattuk az asszociatív tanuló hálózatok képességeit. Röviden átvettük mi az a receptív mező és a populációs kód. Ebben a mesében, a macskakölyök meséjében, azt folyamatot járjuk körül, hogy hogyan alakul ki az agyi idegsejtek működő hálózata és egy ilyen hálózat mire képes.

Ebben a bejegyzésben kicsit megerősítjük a korábban mondottakat, hogy a következő mesére, a Kismacska meséjére fel tudjunk készülni. Azért van erre szükség, hogy a reprezentáció és a receptív mező fogalmakat a továbbiakban bátran használhassuk. Nem kell megijedni, már több alkalommal is kerülgettük őket.

Idáig azt tanultuk az asszociatív mátrixokról (vagy a nekik megfelelő két rétegű, két bemenetű idegsejt hálózatokról), hogy képesek két rájuk érkező mintázatot társítani, ezáltal az egyikkel előhívható a másik. A hálózatoknak nem kell keresgélniük, a megfelelő kérdésre a megfelelő választ adják, azaz tartalom címzett memóriák (content addressable memory). Amit még tanultunk, hogy a mintázat párokban kevés aktív elemnek kell lennie, különben a mátrix néhány tanulás után telítődik és hibás válaszokat ad.

Az örvényféregnél megtanultuk, hogyan képes egy egyszerű hálózat a szinaptikus súlyokban (táblázat=súlymátrix) hordozott memóriája segítségével dönteni. A kutyánál, majd a tengeri nyúlnál és a csikóhalnál megtanultuk hogyan tanulnak az idegsejtek. Most úgy csinálunk, mint a barkácsoló evolúció és megtöltjük az idegsejt hálózatokat tanulós szinapszisokkal, majd megnézzük mi történik.

Mi is történt a Lømo és Bliss kísérletben? Egy, a memória kialakulásában fontos szerepet játszó agyterületből, a hippokampuszból vágtak ki a kutatók egy szeletet patkány agyából. Ezt a kb. fél milliméter vastag és 4x4 milliméter méretű szeletet egy apró kis kamrában, a megfelelő hőmérséklet, oxigéntartalom és tápanyagellátás biztosításával közel fél napig életben lehet tartani. Az idegsejtek továbbra is ketyegnek és beszélgetnek egymással és az agyszeletben megközelíthetők finom hegyű üvegelektródákkal, hogy elektromos aktivitásuk követhető legyen.

A tanulás mechanizmusának egyik első modell állata az Aplysia nevű házatlan tengeri csiga (magyarul tengeri nyúl) volt. Az Aplysia a testén kívül lebegteti igen érzékeny kopoltyúit és szívócsövét, melyekre nagyon kell vigyáznia. Ha megzavarják visszarántja ezeket testébe, hogy megvédje életfontosságú szerveit. 

Az "Örvényféreg meséjének" második bejegyzésében láttuk, hogy egy hálózatba genetikusan rögzült szinaptikus súlyok hogyan képesek viszonylag bonyolult helyzetekben is megfelelő, „ösztönös” válaszokkal reagálni a környezet kihívására.
Az élőlények egyik alapreflexe a visszahúzódási reflex, ha valamilyen káros, és ezért fájdalmasnak érzékelt inger ér egy élőlényt, akkor visszahúzódik, vagy visszahúzza csápját, tapogatóját, végtagját, amelyikkel az ingert érzékelte. Ez igen gyors reakció, hiszen csak egy érzéksejt és egy mozgatósejt elég hozzá.

Láttuk, hogy egy sokelemű döntést úgy tűnik egyszerűbb egy inger-válasz táblázattal leírni, mint a számítógépek sorokból álló kódjával.
A táblázatot használva egyszerű számolással kiszámolható, hogy adott esetben hogyan is kell viselkedni. A feladat jól programozható, a kitöltött döntési tábla és az aktuális ingermintázat alapján. Össze kell adni oszloponként a soronként érkező ingerek értékével beszorzott válasz-erősség elemek értékeit, majd a legnagyobb értékű viselkedést kell végrehajtani.

Az első évadban megismerkedtünk a természetes szelekció darwini mechanizmusával, mely lehetővé teszi bonyolult biológiai szerkezetek kialakulását, a szerveződési szintek és az emergencia fogalmával, mely segít megérteni, hogyan épülnek fel bonyolult összetett rendszerek, valamint a homeosztázis fogalmával, melynek kapcsán megismerkedtünk azzal, hogy az egyre bonyolódó idegrendszerek milyen módon képesek segíteni az állatok túlélését a reflex, a döntés, a modell és gondolkodás képességével.