小さな脳のネットワークは私たちが思っているより強力です

Sモールは頭脳に関しては私たちが思っているよりも強力かもしれません。これは、神経科学者のマルセラ・ノーマンが、ショウジョウバエのような小型動物の神経科学的研究から学んだことである。ショウジョウバエの脳には、人間の脳に約860億個のニューロンがあるのに対し、その脳にはそれぞれ約14万個のニューロンがある。

今月初めに出版された作品の中で、 自然神経科学Noormanらは、ショウジョウバエの脳内の小さな細胞ネットワークが、一貫した方向感覚を維持するという非常に複雑なタスクを驚くべき精度で完了できることを示した。より小規模なネットワークは、連続的な内部精神表現ではなく、離散的な内部精神表現のみが可能であると考えられていました。これらのネットワークは「これまで考えられていたよりも複雑な計算を実行できる」とハワード・ヒューズ医学研究所の准教授であるノーマン氏は言う。

目を閉じて立ち止まっていても、自分がどちらを向いているかがわかります。

研究者らは、暗闇の中で回転する小さな泡球の上を歩くショウジョウバエの脳を観察し、頭の方向を追跡する細胞ネットワークの活動を記録した。この種の脳ネットワークはリング アトラクター ネットワークと呼ばれ、昆虫と人間の両方に存在します。リング アトラクター ネットワークは、方向や角速度 (物体の回転速度) などの変数を、私たちが移動する際に時間の経過とともに維持し、感覚からの新しい情報を統合し、たとえ信号が存在しない場合でも、元の信号を見失うことがないようにします。更新情報。たとえば目を閉じて立ち止まっていても、自分がどちらを向いているかが分かります。

ショウジョウバエの脳にあるこの小さな回路（ネットワークの中心部に約 50 個のニューロンしか含まれていない）が頭の方向を正確に表現できることを発見した後、ノーマンと彼女の同僚は、理論的にこれを実行できるネットワークの最小サイズを特定するモデルを構築しました。タスク。彼らは、より小さなネットワークではニューロン間のより正確な信号伝達が必要であることを発見した。しかし、この基本的なタスクには数百、数千のセルは必要ありませんでした。彼らは、わずか4個の細胞がリングアトラクターを形成できることを発見した。

「アトラクターはとても美しいものです」と、この研究には参加していないマギル大学のマーク・ブランドンは言う。リング アトラクター ネットワークは、「連続」アトラクター ネットワークの一種で、ナビゲーションだけでなく、メモリ、モーター制御、その他多くのタスクにも使用されます。 「彼らがモデルに対して行った分析は非常に徹底的でした」とブランドンはこの研究について語る。もしこの発見が人間にまで及んでいれば、大規模な脳回路が研究者が考えていた以上のことができる可能性があることを示唆することになる。

ノーマン教授によると、多くの神経科学研究は大規模なニューラルネットワークに焦点を当てているが、彼女はショウジョウバエの小さな脳にインスピレーションを得たという。 「ハエの脳は、複雑な行動の基礎となる複雑な計算を実行することができます」と彼女は言います。この発見は人工知能に影響を与える可能性がある、と彼女は言う。 「特定の種類の計算では、小規模なネットワークしか必要としない場合があります」と彼女は言います。 「そして、その視点に対して常に心を開いておくことが重要だと思います。」

リード画像：Yuri Hoyda / Shutterstock

• エレナ・レンケン

  投稿日 2024 年 11 月 15 日

  エレナ レンケンは、脳と医学に焦点を当てている科学レポーターです。彼女の作品はNPRによって出版されており、 クアンタマガジン、PBS NOVA。

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