Lehetséges, hogy tanulási folyamatainkat az entrópia irányítja

Évtizedek óta komoly fejtörést okoz tudósainknak, hogy agyunk hogyan tanul meg új dolgokat. Nap mint nap információk tömkelegével találkozunk, a kérdés az, hogyan tárolja agyunk a fontos dolgokat és veti el a többit.

Fizikusok bebizonyították, hogy a tanulási folyamatot neurális szinten behatárolják a termodinamika törvényei, ami a csillagok keletkezését és az Univerzum fejlődését is meghatározza.

“A munkánk legnagyobb jelentősége, hogy a neurális hálózatot a termodinamika második főtételének tükrében vizsgáltuk,” mondta Sebastian Goldt, a kutatás vezetője.

A termodinamika második főtétele, az egyik legismertebb fizikai törvényünk, ami kimondja, hogy egy elszigetelt rendszer entrópiája folyamatosan növekszik az idő folyamán.

Az entrópia egy termodinamikai mérték, amely egy rendszerben lévő rendezetlenséget fejezi ki, ami azt jelenti, hogy további hozzáadott energia nélkül a rendszer visszafordíthatatlan és folyamatosan a rendezetlenség felé tart.

Az entrópia jelenleg a vezető elképzelés az idő egy irányú mozgására. A termodinamika második főtétele miatt, a tojás feltörése visszafordíthatatlan mivel az csökkentené az Univerzumban az entrópiát, ezért mindig lesz múlt és jövő.

De hogyan függ ez össze a tanulással? Ahogyan az atomkötések és a csillagokban a gáz részecskék elrendezése, úgy agyunk is a leghatékonyabb módon igyekszik magát rendezni.

A második főtétel nagyon szigorúan meghatározza, hogy milyen átalakulások jöhetnek létre. Ahogyan a tanulási folyamat is egyfajta átalakulás, ahhoz is energia szükséges.

Hogy lemodellezzék hogyan is működik ez, Goldt és csapata létrehozott egy számítógépes neurális hálózatot ami leképezi a neuron aktivitást az emberi agyban.

Valójában minden élőlény információkat gyűjt a környezetéből, majd mintákat hoz létre a neurális hálóban.” tette hozzá a csapat.

A kérdés, hogy a neuronok hogyan szűrik ki a zajt és hogyan fókuszálnak a fontos érzékszervi információkra. A modelljüket Hebb elméletére alapozták, ami szemlélteti, hogy egy neuron hogyan adoptálódik a tanulási folyamat közben. Az elmélet úgy foglalható össze legegyszerűbben, hogy azok a sejtek amik együtt aktiválódnak, később köztük erősebb kötés jön létre, ami azt jelenti, hogy az aktiválódás közben létrejövő minták a gondolatok megerősödésében nyilvánulnak meg az agyban.

Megfigyelték, hogy egy neuron minél lassabban tanul, annál kevesebb energiát és entrópiát állít elő, amitől hatékonyabbá válik. Ez azonban még nem ad választ arra, hogy például hogyan tudunk egy számítógépes hálózatot létrehozni amely olyan hatékonyan gondolkodik majd mint egy emberi agy. De a tanulmány hatására új szemléletet kaphatunk a tanulás folyamatáról és bizonyosságot szerezhetünk arról, hogy a neuronokra ugyanazok a termodinamikai törvények hatnak mint az Univerzumra.

Nem ez az első tanulmány a termodinamika és az agy kapcsolatáról. Tavalyi évben egy francia és kanadiai csapat feltételezte, hogy a tudat csupán az entrópia mellékhatása és az agyunk a leghatékonyabb módon rendeződik.

Meglepően egyszerű megoldást találtunk: az általános éberségi állapotot az agyi hálózatok legnagyobb számú lehetséges konfigurációja jellemzi, ami magas entrópia szinteket is jelent,” írta a csapat korábban.

Még messze vagyunk attól, hogy megértsük pontosan hogyan működik az agy, de minden nyom közelebb visz minket a megértéséhez.

A neurális hálózat termodinamikai szempontból új módszereket ad, hogy felmérjük az agy teljesítményét.” mondta Goldt.

Szerkesztő: arsratio

Oszd meg

Hozzászólás küldése

Az email címet nem tesszük közzé. A kötelező mezőket * karakterrel jelöljük.