Ученые выяснили, что нейроны человеческого мозга мощнее, чем считалось

Клетки человеческого мозга могут быть крошечными вычислительными мощностями, раскрывая новый удивительный ключ к тому, что делает наш интеллект столь необычным. Credit: Shutterstock

Новое исследование, опубликованное в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), показывает, что отдельные нейроны человека способны выполнять гораздо более сложные вычисления, чем нейроны других млекопитающих. Это открытие дает новый взгляд на то, что делает человеческий мозг таким необычным.

Как человеческий мозг порождает такие способности, как язык, воображение, математика и изобретательность?

На протяжении десятилетий ученые в основном искали ответ в размере и связях. Человеческий мозг содержит около 100 миллиардов нейронов, связанных огромной сетью соединений. Однако новое исследование указывает на то, что другая важная часть объяснения может находиться на гораздо более мелком уровне — в выдающихся вычислительных возможностях отдельных клеток мозга.

Нейроны человека — мощные процессоры информации

Исследователи обнаружили, что нейроны коры головного мозга человека функционируют как значительно более сложные блоки обработки информации («микрочипы»), чем аналогичные клетки других млекопитающих. Результаты поднимают возможность того, что отдельные строительные блоки человеческой коры необычайно мощны, что может помочь объяснить, как люди развили исключительные когнитивные способности.

Исследование возглавили профессора Еврейского университета Идан Сегев и Микки Лондон вместе с аспирантами Идо Айзенбудом и Даниэлой Йоэли из Центра наук о мозге Эдмонда и Лили Сафра (ELSC). Команда также сотрудничала с профессором Крисом де Коком из Свободного университета Амстердама.

«Люди часто думают о нейроне как о простом переключателе, который либо включается, либо выключается, — сказал Сегев. — Мы показываем, что отдельный человеческий нейрон сам по себе является необычайно сложным вычислительным устройством».

Измерение вычислительной мощности клетки мозга

Чтобы выяснить, какой объем вычислений может выполнять один нейрон, исследователи создали новый метод измерения вычислительной сложности отдельных клеток мозга. Они объединили передовое компьютерное моделирование с искусственным интеллектом, чтобы определить, насколько сложно было бы продвинутой искусственной нейронной сети (ИНС) научиться и воспроизвести связь между информацией, поступающей в нейрон, и ответом, который он производит.

Основная идея проста. Если искусственному «близнецу» требуется большая сложность для имитации поведения биологического нейрона, то сам биологический нейрон обладает большей вычислительной мощностью.

Результаты выявили поразительное преимущество нейронов коры головного мозга человека. Их богато разветвленные дендритные деревья и отличительные электрические характеристики позволяют выполнять удивительно сложные вычисления над входящей информацией, включая визуальные данные (например, различение изображений кошек и собак).

Другими словами, отдельный корковый нейрон человека — это не просто базовый компонент «включено-выключено». Каждая клетка может работать как сложный вычислительный блок, с вычислительными возможностями, сопоставимыми с глубокой нейронной сетью.

Новый взгляд на человеческий интеллект

Результаты бросают вызов давнему представлению о том, что интеллект возникает в первую очередь из огромного количества нейронов в мозге и связей между ними. Вместо этого исследование предполагает, что сложность отдельных нейронов также могла внести важный вклад в эволюцию человеческого познания.

Исследователи также разработали систематическую и широко применимую основу для связи физической структуры клеток мозга с тем, что эти клетки способны вычислять. Этот подход может помочь ученым приблизиться к пониманию того, как человеческий мозг порождает мышление, обучение и познание.

Нейроны человека могут вдохновить новый ИИ

Результаты также могут повлиять на будущее искусственного интеллекта. Современные ведущие системы машинного обучения построены из сильно упрощенных искусственных блоков. Новое исследование указывает на другую возможность: вдохновленный мозгом ИИ, состоящий из искусственных блоков, которые сами по себе являются вычислительно глубокими и мощными, более точно напоминающими возможности биологических нейронов.

Источники:

Материалы предоставлены Еврейским университетом Иерусалима.

Идо Айзенбуд, Даниэла Йоэли, Дэвид Бениагев, Кристоф П. Дж. де Кок, Майкл Лондон, Идан Сегев. Морфология дендритов и синаптические нелинейности повышают функциональную сложность корковых нейронов человека. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2026; 123 (28) DOI: 10.1073/pnas.2533168123