Нейросеть предскажет активность нейрона

Чтобы выяснить, как работает центральная нервная система, нейрофизиологи многие десятилетия кропотливо исследовали активность нервных клеток у животных и человека. Эти изыскания вместе с детальными анатомическими срезами тканей мозга привели к созданию коннектомов, то есть карт совокупности нейронных связей. Однако успехи нейронаук оказались не такими выдающимися, как ожидалось.

Сегодня в дополнение к коннектому ученые используют мощь искусственного интеллекта (ИИ). Недавно группа профессора Тюбингенского университета Якоба Маке (Jakob H. Macke) построила нейросетевую копию зрительной системы плодовой мушки, где каждый искусственный нейрон и синапс соответствуют нейрону и синапсу в мозге дрозофилы.

Затем после глубокого обучения нейросети, позволившего ей обнаруживать движение на видеозаписях, исследователи смогли сопоставить ее реакции с возбуждением отдельных нейронов. Теперь ученые могут предсказать активность каждого нейрона в зрительной системе в ответ на визуальные стимулы.

Новая модель ИИ прогнозирует активность 64 типов нейронов в зрительной системе мушки в ответ на внешний стимул и точно воспроизводит результаты 26 известных специалистам экспериментов со зрительной системой мушки, которые были проведены за последние два десятилетия. Статья об исследовании также содержит разнообразные предсказания на основе нейросетевой модели, включающие даже идентификацию клеток мозга дрозофилы, которые не были известны прежде.

Якоб Маке говорит, что сейчас существует большой разрыв между статическим снимком коннектома и динамикой реальной работы мозга живых существ, но исследование его группы демонстрирует стратегию преодоления этого разрыва. У ученых появился вычислительный метод, позволяющий превращать коннектом в прогноз активности мозга без трудоемких измерений активности каждого нейрона на живом объекте. Авторы исследования надеются, что это позволит широко применять модели, подобные их нейросети. Они открывают путь к сведению в единую систему данных разных источников о коннектомах. Ученые полагают, что исследование способно изменить подход теоретиков к созданию и проверке гипотез о том, как работают центральные нервные системы (Nature).