神经噪音可以帮助你学习。免费技术图书馆新闻

神经噪声帮助你学习

30.03.2015

二十年前，斯坦福大学的神经科学家在一些大脑神经元中发现了奇怪的噪音活动：它们对似乎与它们无关的刺激作出反应。而这种活动正是在大脑做出决定时出现的。实验本身如下：实验动物必须确定屏幕上的点如何移动，从右到左或从左到右；如果回答正确，则给予奖励。借助这种模型，可以研究大脑中伴随着类别形成的过程。对象和现象的分类是作为学习基础的最普遍的心理特征之一，知道此刻大脑中正在发生什么真的很有趣。在这种情况下，很容易理解，有必要区分两类物体：朝一个方向运动的物体和朝相反方向运动的物体。

结果，有可能找到一组对运动做出反应的神经元，其中包括在做出决定的那一刻变得特别活跃的神经元。然而，他们的活动看起来好像一些细胞在响应该点时喊“从右到左！”，而另一些细胞则在响应同一点时喊“从左到右！”，无论该点实际移动到哪里。在对正确答案的奖励的帮助下，噪音水平降低了——它调整了神经元，使它们更加挑剔，噪音更少，因此它们开始主要只对一个“他们的”类别的点做出反应。特别奇怪的是，神经噪声根本没有出现在通常与决策相关的皮层区域。

为什么神经元在大脑的“非核心”部分是嘈杂的，在 Tatiana Engel 和她的同事开发的计算机模型的帮助下，我们现在才部分地找到了答案；他们的工作成果发表在《自然通讯》上。该模型模仿了将大脑感觉区域与分类区域连接起来的神经回路的工作。虚拟神经元“观察到”向不同方向移动的点，这些点必须分为相同的两类，“右”和“左”——就像在最初的动物实验中一样。

与真实的神经回路不同，模拟的神经回路可以被剥夺制造噪音的能力，研究人员就是这样做的。但事实证明，如果没有伴随选择的神经噪声，类别的形成是不可能的。换句话说，为了在头脑中形成从右到左移动的一类点，大脑必须在“嘈杂”的条件下做出选择，此时一些神经元会同时“激动”以获得错误的答案。如果我们忽略这些要点并举一个更现实的例子，那么想象一下每天早上你在一杯咖啡和一杯茶之间做出选择。你在一周、两周、一个月、六个月的每一天都做出选择，最后你得出的结论是，早上一杯咖啡正是你所需要的。但如果突然发生你的大脑在没有任何噪音的情况下做出选择，那么你根本不会在早上的时间和咖啡之间形成联系，早上咖啡的概念就会消失。

当然，这里有很大的诱惑将神经噪声解释为“怀疑”，或者“需要考虑所有可能的解决方案”。然而，这样的表述更属于哲学领域，目前我们很难将其与特定的神经生理现象联系起来。然而，很可能未来的新数据将允许创建一些提高认知能力的硬件方法——通过神经噪声的管理。但就目前而言，它实际上来自哪里还有待观察：它是由感觉部门产生的，还是由与决策直接相关的大脑其他区域产生的，或者是感觉和认知两者都产生的。相关部门都在这里。

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新的电子产品将承受辐射和热量 28.06.2012

犹他大学的工程师已经开发出可以承受最强大的放射性辐射和热量的微型机械设备 (MEMS)。据科学家称，他们创造的设备甚至可以在反应堆内或深空控制机器人或计算机。

电离辐射会迅速损坏传统电子设备，因此您必须使用大量冗余电路和强大的保护措施，例如在紧急福岛核电站工作的机器人就是这种情况。但即使是被派去监控受损反应堆的受保护机器人也在几个小时后停止工作。问题是强大的电离辐射会突破半导体中的“额外”导电通道，从而使电子设备失效。

科学家们第一次成功地开发出一种独特的技术，即使在最强大的电离辐射下也能继续工作。新器件是 25x25 微米逻辑元件，可执行最简单的逻辑操作：“开”或“关”。微型机械装置甚至可以在核反应堆内工作

在实验过程中，新设备被浸入大学反应堆的核心中两个小时，MEMS 继续工作，就好像什么都没发生过一样。 MEMS 没有被电离辐射破坏，因为它们不使用半导体通道。这些是带有钨电极的简单微型开关，它们相互接触并接通或断开电路。

在“传统”应用方面，MEMS 具有某些缺点，例如，它们比硅电子器件慢 1000 倍，而且更不耐用（由于存在移动部件）。然而，在极端工作条件下，MEMS 是无与伦比的。因此，在实验过程中，微型机械装置在 277 摄氏度的真空中工作了数小时，甚至在 90 千瓦研究反应堆的核心工作。即使是在这种情况下最可靠和受保护的硅电子设备，几分钟后也会失败。在正常情况下，MEMS 工作了大约 2 个月，完成了超过 XNUMX 亿次循环而没有出现故障。目前，科学家们计划将这个数字提高一百万倍。

MEMS 的使用为监测核电站、内燃机的运行以及创建可以穿透最危险的地方而无需强大而沉重的保护系统的探针开辟了全新的可能性。

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