Teknologi prototipe menyusut AI untuk menghadirkan fungsionalitas seperti otak dalam satu perangkat yang kuat - ScienceDaily
Popular

Gelombang otak memandu kita dalam menyoroti kejutan – ScienceDaily


Jika Anda membuka pintu kantor Anda suatu pagi dan ada paket baru yang menunggu di meja Anda, itulah yang paling Anda perhatikan di ruangan yang tidak berubah. Sebuah studi baru oleh ilmuwan saraf MIT dan Universitas Boston menemukan bahwa interaksi dinamis dari frekuensi gelombang otak yang berbeda, daripada sirkuit khusus, tampaknya mengatur kemampuan otak untuk menyoroti apa yang mengejutkan dan meremehkan apa yang dapat diprediksi.

Dengan mengukur ribuan neuron di sepanjang permukaan, atau korteks, otak hewan saat mereka bereaksi terhadap gambar yang dapat diprediksi dan mengejutkan, para peneliti mengamati bahwa gelombang otak alfa dan beta frekuensi rendah, atau ritme, yang berasal dari daerah kognitif frontal otak dirusak. aktivitas saraf yang terkait dengan rangsangan yang dapat diprediksi. Itu membuka jalan bagi neuron di daerah sensorik di bagian belakang otak untuk mendorong informasi yang terkait dengan rangsangan tak terduga melalui gelombang gamma frekuensi tinggi. Aliran balik prediksi penghambatan pembawa alfa / beta biasanya disalurkan melalui lapisan korteks yang lebih dalam, sedangkan aliran maju gama rangsang yang membawa rangsangan baru disebarkan ke seluruh lapisan dangkal.

“Interaksi antara beta dan gamma ini terjadi di seluruh korteks,” kata Earl Miller, Profesor Ilmu Saraf Picower di Departemen Ilmu Otak dan Kognitif di MIT dan rekan penulis senior studi tersebut di Prosiding National Academy of Sciences. “Dan itu tidak umum – ini menargetkan pemrosesan rangsangan tertentu.”

Sehubungan dengan itu, studi baru ini memperluas sebagian besar pekerjaan Miller baru-baru ini. Sebelumnya labnya di The Picower Institute for Learning and Memory telah menunjukkan bahwa di korteks prefrontal, memori yang bekerja bergantung pada semburan ritme beta dari lapisan dalam yang mengatur aktivitas frekuensi gamma di lapisan yang lebih dangkal. Temuan-temuan tersebut dibangun, sebagian, dari penelitian yang diterbitkan pada tahun 2012 oleh postdoc André Bastos, yang merupakan penulis utama makalah baru tersebut. Sekarang studi baru dan studi lain yang diterbitkan oleh lab Miller awal tahun ini menunjukkan bahwa tarik-ulur antara pita frekuensi ini adalah sistem pengaturan arus informasi yang umum di korteks. Selain itu, hasil baru menunjukkan secara eksperimental bahwa ia memiliki peran kunci dalam pengkodean prediktif (seperti yang mulai berteori Bastos pada tahun 2012), bukan hanya fungsi terkait memori kerja.

Pengkodean prediktif adalah fungsi kognitif utama yang tampaknya terganggu pada gangguan spektrum autisme, kata Miller dan Bastos. Beberapa orang dengan autisme berjuang untuk menganggap rangsangan yang sudah dikenal sebagai itu, memperlakukan segala sesuatu sebagai yang baru dan sama pentingnya. Itu dapat mengganggu pembelajaran untuk mengenali situasi yang dapat diprediksi dan oleh karena itu kemampuan untuk membuat generalisasi tentang pengalaman.

“Karena Anda tidak dapat mengubah dan secara aktif mengatur informasi yang diprediksi, otak berada dalam keadaan terus-menerus untuk meneruskan informasi yang dapat membuat kewalahan,” kata Bastos. Padahal, bagi siapa pun, tambahnya, berada di tempat yang benar-benar baru di mana prediksi lingkungan belum sempat terbentuk dapat menghasilkan perasaan sensorik yang berlebihan.

Menetapkan dan melanggar ekspektasi

Dalam studi tersebut, tim memberi hewan pengalaman pengkodean prediktif yang disederhanakan. Mereka disajikan dengan gambar sebagai isyarat, dan kemudian setelah jeda singkat tiga gambar kembali ke layar termasuk aslinya. Hewan-hewan itu hanya perlu mengarahkan pandangan mereka ke gambar isyarat sebelumnya untuk menyelesaikan tugas. Terkadang isyaratnya akan sama untuk banyak percobaan pada akhirnya (dengan demikian menjadi dapat diprediksi dan akrab). Terkadang isyarat tiba-tiba berubah, melanggar ekspektasi yang diprediksi. Saat hewan memainkan permainan, para ilmuwan membaca aktivitas saraf dan keseluruhan ritme yang dihasilkan oleh aktivitas itu di lima area di seluruh korteks, dari area visual di belakang kepala hingga korteks parietal di tengah, hingga korteks kognitif, termasuk korteks prefrontal, di depan.

Tim tidak ingin menganalisis memori kerja, atau bagaimana hewan memegang gambar isyarat dalam memori. Sebaliknya, mereka mengukur perbedaan yang dibuat saat gambar isyarat dapat diprediksi vs. saat tidak dapat diprediksi. Pengukuran mereka menunjukkan bahwa rangsangan tak terduga menghasilkan lebih banyak aktivitas saraf daripada yang dapat diprediksi. Mereka juga mengungkapkan bahwa aktivitas yang terkait dengan rangsangan tak terduga paling kuat di pita frekuensi gamma (dan pita theta frekuensi sangat rendah), sedangkan aktivitas yang terkait dengan rangsangan yang diprediksi paling kuat di frekuensi alfa / beta.

Perubahan kekuatan di setiap frekuensi ini tidak terjadi secara keseluruhan – itu paling besar khususnya di antara neuron yang paling merespons stimulus yang disajikan. Itu berarti bahwa perubahan regulasi gelombang otak bekerja paling kuat di sirkuit saraf yang memproses gambar isyarat yang dilihat hewan. Untuk alasan ini, tim mengacu pada model konseptual pengkodean prediktif mereka sebagai “perutean prediktif”.

“Makalah kami menunjukkan bahwa pengkodean prediktif dapat bekerja tanpa sirkuit khusus untuk mendeteksi ketidaksesuaian antara prediksi dan kenyataan,” kata Miller.

Lebih lanjut Bastos menjelaskan, “Elemen kunci dari model baru ini adalah bahwa prediksi dapat dicapai dengan secara selektif menghambat rute aliran informasi yang membawa informasi yang dapat diprediksi.”

Rekan penulis senior Nancy Kopell, Profesor Matematika William Fairfield Warren di Universitas Boston, menambahkan, “Untuk dapat mendukung gagasan itu diperlukan eksperimen rumit yang dijelaskan dalam makalah, yang melibatkan pengukuran dari berbagai bagian otak.”

Analisis data selanjutnya juga menunjukkan tren utama lainnya. Diantaranya adalah bahwa koherensi aktivitas antara daerah kortikal lebih kuat di pita alfa / beta ketika gambar isyarat dapat diprediksi dan lebih kuat dalam gamma ketika tidak. Selain itu, arah pita-pita yang berbeda ini (bagaimana mereka menyebar bolak-balik melintasi korteks) menunjukkan bahwa alfa / beta diumpankan kembali dari wilayah kognitif yang lebih tinggi) ke wilayah yang lebih rendah (sensorik), sementara gamma bergerak maju dari wilayah yang lebih rendah ke yang lebih tinggi.

Memperhatikan pengecualian

Para ilmuwan juga melihat bahwa alfa / beta sebagian besar memuncak di lapisan yang lebih dalam dari korteks visual, sedangkan gamma sering kali paling kuat di lapisan dangkal. Tapi ada pengecualian di sepanjang jalan. Wilayah korteks parietal 7A melawan tren memuncak dalam gamma untuk rangsangan tak terduga, alih-alih memuncak di ujung yang lebih tinggi dari pita frekuensi beta. Satu kemungkinan, kata Kopell, adalah bahwa 7A terlibat dalam buffer memori kerja, yang diyakini menggunakan osilasi beta. Penjelasan lain bisa jadi bahwa aktivitas beta 7A tidak terkait dengan prediksi, melainkan perhatian. Hewan yang melakukan tugas perlu memperhatikan setidaknya beberapa derajat pada isyarat, apakah itu dapat diprediksi atau tidak.

Merancang eksperimen yang dapat sepenuhnya memisahkan perhatian dari prediksi bisa menjadi arah masa depan yang penting, kata Bastos. Tujuan penting masa depan lainnya adalah membuat model komputasi yang mensimulasikan interaksi antara lapisan dan frekuensi untuk menghambat informasi yang diprediksi.

“Detail laminar dari kumpulan data saat ini akan sangat berguna dalam menghasilkan model seperti itu,” kata Kopell.

Selain Bastos, Miller dan Kopell, penulis makalah lainnya adalah Mikael Lundqvist dan Ayan Waite.

National Institutes of Mental Health, Office of Naval Research, dan JPB Foundation mendanai penelitian tersebut.

Dipersembahkan Oleh : Lapak Judi

Baca Juga : Lagutogel/a>