果蝇或许能教会研究人员一些关于人工智能的东西。

 

密歇根大学的生物学家和他们的同事发现了一个神经网络，可以使果蝇将不同强度的外部刺激转化为“是或不是”的决定，决定何时采取行动。

 

这项研究计划于10月15日发表在《当代生物学》(Current Biology)杂志上，它为其他物种如何做出这些决定提供了线索，甚至可能用于帮助人工智能机器学会对信息进行分类。

 

想象你在一扇开着的窗户旁工作。如果外界的噪音足够低，你甚至可能都没有注意到它。随着噪音水平的逐渐升高，你开始更加注意到它——最终，你的大脑会决定是否起身关上窗户。

 

但是，神经系统是如何将这种逐渐的、线性的强度增加转化为二元的“是/否”行为决定的呢?

 

“这确实是一个大问题，”密歇根大学生命科学研究所(University of Michigan Life Sciences Institute)教员、这项研究的资深作者、神经科学家叶兵(Bing Ye)说。“在感官输入和行为输出之间有点‘黑盒子’。’通过这项研究，我们想打开这个盒子。”

 

人类或其他哺乳动物的大脑成像可以识别大脑中对特定刺激做出反应的特定区域。但叶说，为了确定神经元是如何以及何时将线性信息转化为非线性决策的，研究人员需要对神经系统进行更深入、更定量的分析。

 

他们选择以果蝇为研究对象，因为基因工具的可用性使得识别单个神经元对刺激的反应成为可能。

 

利用一种成像技术，通过神经元之间的钙信号来检测神经元的活动， 杏耀注册 ，科学家们能够制作出果蝇整个中枢神经系统的三维神经活动图像。

 

“我们看到的是，杏耀主管当我们刺激感知有害刺激的感觉神经元时，很多大脑区域在几秒钟内就会亮起来，”LSI的研究员、这项研究的主要作者之一胡玉佳(音译)说。但这些大脑区域执行着不同的功能。有些人会立即处理感觉信息，有些人会激发行为输出——但有些人更喜欢在这两者之间发生的转换过程。”

 

当感觉神经元检测到有害的外部刺激时，它们将信息发送给中枢神经系统的二级神经元。研究人员发现，神经系统中有一个特别的区域，叫做后内侧核，对感觉信息做出反应的方式要么是抑制较弱的信号，要么是放大较强的信号，有效地将梯度的感觉输入分类为“有反应”或“没有反应”。

 

信号通过增加神经网络的二阶神经元被放大——研究人员称之为放大。例如，一个温和的刺激可以激活两个二阶神经元，而一个更强烈的刺激可以激活网络中的10个二阶神经元。然后，更大的网络可以提示行为响应。

 

但是，要做出“是/不是”的决定，神经系统不仅需要一种方法来放大信息(对“是”的反应)，还需要一种方法来抑制不必要的或危害较小的信息(对“不是”的反应)。

 

“我们的感觉系统探测到并告诉我们比我们意识到的多得多的东西，”叶说，她也是密歇根大学医学院的细胞和发育生物学教授。“我们需要一种让这些信息安静下来的方法，否则我们的信息就会不断呈指数级放大。”

 

通过3d成像，研究人员发现，感觉神经元确实能探测到危害较小的刺激，但通过释放一种抑制神经元间交流的化学物质，这些信息被后内侧核过滤掉了。

 

这些发现共同破解了果蝇神经系统将梯度感觉信息转换成二元行为反应的生物机制。叶教授相信，这种机制可以有更广泛的应用。

 

叶说:“在我们这个领域，有一种主流观点认为，杏耀平台总代理这些决定是由证据的积累做出的，这需要时间。”“在我们发现的生物机制中，网络以一种不需要证据积累阶段的方式连接。我们还不知道，但我们想知道这是否可以作为一个模型，帮助人工智能学习更快地排序信息。”