Vanha kuva aivoistasi siistinä kerrospinona, jossa muinaiset vaistot ovat alhaalla ja moderni päättely päällä, on murtumassa. Se vaikutti selkeältä ja tuntui intuitiiviselta. Mutta Georgia Technicin uusi työ sekoittaa käsityksen ja esittää toisen kysymyksen: entä jos evoluutio ei olekaan niin paljon kerroksia kuin johtoverkkoja ja kompromisseja?
Nabil Imam johtaman tutkimusryhmän vertaileva lähestymistapa tutki aivojen rakennetta 182 lajissa ja testasi ajatuksia keinotekoisissa hermoverkoissa. Tulokset, julkaistu Science Advances -lehdessä, asettavat suuren osan aivoista uudessa valossa: ne eivät ole erillisiä moduuleja vaan kilpailevia johtoverkkojen strategioita, jotka laajenevat ja supistuvat yhdessä lajin sopeutuessa ympäristöön.
Ajattele neokorteksia huolellisesti piirrettyinä karttana. Vierekkäiset kehonosat ja aistinsyötteet sijaitsevat vierekkäisillä aivokuoren alueilla. Tämä karttaisuunnittelu toimii erinomaisesti näölle, kuuloaistille ja tuntoaistille – tehtäville, joissa tilasuhteet ratkaisevat. Sen sijaan piirit, jotka niputamme limbiseen järjestelmään, käyttäytyvät vähemmän kuin kartat ja enemmän kuin viivakoodit: hajautuneet kuvioinnit leviävinä verkostoina, sopivia hajujen tunnistamiseen, monimutkaisten muistojen tallentamiseen tai suunnistuskoodien koodaamiseen.
Oravapinan (vasemmalla) ja yhdeksänvyöisen armadillon (oikealla) aivojen poikkileikkaukset havainnollistavat, miten eri hermostojärjestelmät laajenevat tai supistuvat yhdessä eri lajeilla. Visuaalisesti rikas oravapina omaa suhteessa suuremman neokorteksin (sininen), kun taas hajuaistiin tukeutuva armadillo on saanut suuremman hajujärjestelmän (liila) ja muistikeskuksen (vihreä).
Näillä eroilla on merkitystä. Eläinten välillä limbisen verkoston osat nousevat ja laskevat yhdessä. Kun yksi limbinen alue kasvaa, sen kumppanit kasvavat usein myös samalla, kun neokortikaaliset alueet usein pienenevät. Esimerkiksi yhdeksänvyöinen armadillo tukeutuu voimakkaasti hajuaistiin ja sen limbinen järjestelmä on suhteellisesti laajentunut. Oravapina, jolla on visuaalisesti rikas elinympäristö, omaa aivot, joita hallitsevat kuorimaiset karttarakenteet. Ei satunnaista kokeilua. Kyse on koordinoidusta muutoksesta.
Mutta pelkkä korrelaatio olisi houkutus. Syy-seuraussuhteita selvittääkseen Imam ja kollegat rakensivat keinotekoisia aivoja, jotka lähtivät liikkeelle eri johtoverkkojen suunnitelmista. Paikallisesti ja tilallisesti järjestäytyneet verkot suoriutuivat erinomaisesti näössä ja kuulemisessa. Hajautetusti, ei-topografisesti kytketyt mallit käsittelivät hajua ja muistia paremmin. Yhteenvetona: arkkitehtuuri altistaa tiettyihin toimintoihin. Sovitus ei ollut vain uskottava. Se oli ennustava.
Konseptuaalinen havainnekuva tutkimuksessa tunnistetuista kahdesta johtostrategiasta. Tilallisesti järjestäytyneet piirijärjestelmät neokorteksissa (vasemmalla) säilyttävät karttamaisia suhteita, kun taas limbisen järjestelmän hajautetut verkot (oikealla) yhdistävät tietoa eri paikoista, luoden kompromissin, joka voi muokata aivojen evoluutiota.
Miksi evoluutio suosisi tiettyä johtotapaa toisen sijaan? Aivot ovat kalliit. Kudokset kuluttavat energiaa ja kallon tila on rajallinen. Luonnonvalinta näyttää uudelleenjakavan sitä tilaa. Jos laji riippuu hajuaistista selviytyäkseen, limbisen tyyppiset hajautetut verkot laajenevat ja kuorikartat supistuvat. Jos näkö on olennaisin, päinvastainen tapahtuu. Tutkimuksen simulaatiot, joissa kaksi järjestelmää kilpaili rajallisesta kapasiteetista, toistivat nämä muutokset: palkitse hajutehtävä ja hajautetut verkot paisuvat; palkitse näkö ja karttamainen kuori valtaa alaa.
Se havainto muuttaa tapaa, jolla ajattelemme limbistä järjestelmää. Kaukana satunnaisesta vanhojen toimintojen kokoelmasta, sen osat toimivat kuin koordinoitu kokonaisuus, skaalautuen yhdessä evoluution aikana. Tunne, muisti, haju ja suunnistus eivät ole satunnaisesti niputettuja, vaan ne jakavat johtoluokan logiikan, joka suosii hajautusta ennemmin kuin tilallista viereisyyttä.
Tässä on opetus tekoälylle. Nykyaikaiset tekoälyt oppivat yleensä valtavista tietomääristä ilman paljon synnynnäistä rakennetta. Biologiset aivot sen sijaan saapuvat valmiiksi viritetyillä arkkitehtuureilla, jotka ohjaavat oppimista hyödyllisiin representaatioihin. Voisiko tekoäly hyötyä tehokkuudessa lainaamalla tätä valmiiksi kytkettyä henkeä? Imam ehdottaa kyllä: arkkitehtuurin räätälöinti käsiteltävän tiedon mukaan voisi vähentää datan tarvetta ja nopeuttaa oppimista.
Ei siistiä pinoutumaa vanhaa vastaan uutta. Sen sijaan kyse on pragmaattisesta johtoverkkojen taloudesta: kartat ja viivakoodit vaihtavat tilaa ekologian vaatimusten mukaan. Aivojen tarina ei ole kerroksista vaan valinnoista, ja nämä valinnat saattavat opettaa koneita oppimaan hieman sujuvammin.
"Olen ravitsemustieteilijä ja haluan auttaa ihmisiä syömään paremmin. Genomissa jaan tutkimuksiin perustuvia vinkkejä ravinnosta ja elämäntavoista."
Keskustelu
Jätä kommentti
Kommentit
Ei vielä kommentteja. Ole ensimmäinen.