우리 인간은 항상 정신 세계와 우리가 살고있는 물리적 세계 사이의 이상하고 이상하게 깊은 관계를 경험했습니다. 우리는 랜드 마크와 설정을 기억하는 데 능숙하며, 추억에 맥락을위한 위치를 주면 더 쉬워집니다. 긴 연설을 기억하기 위해 고대 그리스와 로마 연설가들은 미리 알림으로 가득 찬“기억 궁전”을 방황하는 것을 상상했습니다. 현대 메모리 컨테스트 챔피언은 여전히이 기술을 사용하여 숫자, 이름 및 기타 정보의 긴 목록을 "배치"합니다.
철학자 임마누엘 칸트 (Immanuel Kant)가 말한 것처럼, 우주의 개념은 우리가 세상을 추상적 인 방식으로 인식하고 해석하는 조직적 원칙으로 작용합니다. 영국의 인공 지능 회사 인 DeepMind의 신경 과학자 인 Kim Stachenfeld는“우리의 언어는 공간적 은유와 일반적으로 기억을위한 공간 은유로 가득 차 있습니다.
지난 수십 년 동안 연구에 따르면 우리의 두 가지 교수진, 기억 및 내비게이션의 경우 이러한 은유가 뇌에 물리적 근거를 가질 수 있습니다. 작은 해마 모양의 구조 인 해마는이 기능 모두에 필수적이며, 증거는 그리드 기반의 표현 형태 인 동일한 코딩 체계가이를 기초가 될 수 있음을 시사하기 시작했습니다. 최근의 통찰력으로 인해 일부 연구자들은이 동일한 코딩 체계가 시력, 소리 및 추상 개념을 포함한 다른 종류의 정보를 탐색하는 데 도움이 될 수 있다고 제안했습니다. 이러한 그리드 코드가 뇌가 일반적인 지식, 인식 및 기억의 모든 세부 사항을 어떻게 처리하는지 이해하는 열쇠가 될 수 있다는 가장 야심 찬 제안조차도 벤처를 제공합니다.
기억 상실증과 헥사곤
1953 년 9 월 1 일, 27 세의 남성 인 헨리 몰라 슨 (Henry Molaison)은“환자 H.M.”로 알게 될 헨리 몰라 슨 (Henry Molaison)은 간질의 쇠약 한 사례를 치료하기 위해 위험하고 실험적인 입찰로 칼 아래로 나갔다. 신경 외과 의사는 해마와 주변 조직을 H.M.의 뇌 깊은 곳에서 제거하여 발작의 일부를 완화 시키지만 실수로 영구적 인 기억 상실증을 남겼습니다. H.M. 새로운 추억을 인코딩 할 수 없었습니다. 아침 식사를 위해했던 것, 가장 최근의 뉴스 헤드 라인이나 몇 분 전에 소개 된 낯선 사람의 신원이 아닙니다.
H.M.의 이야기는 비극적이지만 비극적이지만 뇌가 기억을 조직하는 방법에서 해마가하는 역할에 대한 과학자들의 이해를 혁신했습니다.
몇 년 후, 또 다른 해마 중심의 혁명은 개척자들에게 노벨상을 수상하여 수십 년 동안의 발견을 수십 년 간격으로 얻었으며, 이는 두 가지 유형의 세포에서 해마 지역의 기본 기능이 기억뿐만 아니라 2 차원 공간의 내비게이션과 표현을 포함한다는 것을 분명히했습니다.
.이 중 첫 번째는 연구원들이“장소”를 발견했을 때 1971 년에 왔습니다. University College London의 신경 과학자 인 John O'Keefe와 그의 동료들은 자유롭게 로밍 쥐의 뇌 활동을 모니터링하고 일부 뉴런이 우리의 특정 부분에있을 때만 발사되는 것을 관찰했습니다. 일부는 쥐가 인클로저의 북동쪽 코너를 스니핑하면서 활동적이되었지만 그렇지 않으면 조용히 남아있었습니다. 다른 사람들은 케이지 센터에서 발사되었습니다. 즉, 셀은 장소 감각을 암호화했습니다 (“당신은 여기에 있습니다”) - 그들은 함께 전체 공간의지도를 만들었습니다. (쥐를 다른 케이지 나 방에 넣었을 때,이 장소 세포는“재 균형을 잡아”다른 국소 위치를 인코딩합니다.)
이러한 결과는 해마가“인지지도”(1940 년대 심리학자 인 에드워드 톨만이 처음 제시 한 아이디어를 제시 한 아이디어를 제시 한 아이디어를 제시 한 아이디어는 쥐가 공간적 인 것 이상으로 쥐가 미로의 보상에 어떻게 새로운 지름길을 낼 수 있는지 설명 할 수 있다는 제안에 영감을 주었다. 최소한 해마는 그러한지도의 힌트를 찾기 시작하는 유망한 장소처럼 보였습니다.
그 작업은 결국 노르웨이 과학 기술 대학교, May-Britt Moser와 Edvard Moser의 당시 결혼 한 과학자 쌍을 이끌었습니다. 이 지역은 해마에 큰 입력을 제공하며 알츠하이머 병에서 열화 된 뇌의 첫 번째 영역 중 하나이며, 이는 항법과 기억에 영향을 미칩니다. 그곳에서 연구원들은 그들이 그리드 세포라고 불리는 것을 발견했습니다. 전문가들은 이제인지지도 제작자의 가장 매력적인 후보라고 생각합니다.
장소 셀과 달리 그리드 셀은 특정 위치를 나타내지 않습니다. 대신, 그들은 위치와 무관 한 좌표계를 형성합니다. (결과적으로, 그것들은 뇌의 GPS로 널리 알려져 있습니다.) 각 그리드 셀은 정기적으로 간격 한 위치에서 발사되어 육각형 패턴을 형성합니다. 침실의 바닥이 일반 헥사 곤으로 기울어지고 같은 크기가 모두 같은 크기가 있으며 각 육각형은 6 개의 동점 삼각형으로 나뉩니다. 방을 가로 질러 걸을 때 그리드 셀 중 하나가 그 삼각형의 정점에 도달 할 때마다 발사됩니다.
서로 다른 그리드 셀 세트는 다른 그리드를 형성합니다. 더 크거나 작은 6 각면의 그리드, 다른 방향으로 그리드, 그리드가 서로 상쇄됩니다. 그리드 셀은 함께 환경에서 모든 공간 위치를 매핑하며 특정 위치는 그리드 셀의 발사 패턴의 고유 한 조합으로 표시됩니다. 다양한 그리드가 겹치는 단일 지점은 신체가 있어야하는 뇌를 알려줍니다.
이러한 종류의 그리드 네트워크 또는 코드는 장소보다 더 본질적인 공간 감각을 구성합니다. 장소 세포는 공간 정보를 제공하기 위해 랜드 마크 및 기타 의미있는 위치가있는 위치를 탐색하는 좋은 수단을 제공하지만 그리드 셀은 그러한 외부 신호가 없을 때 좋은 탐색 수단을 제공합니다. 실제로, 연구자들은 그리드 셀이 경로 통합으로 알려진 것에 책임이 있다고 생각하며, 사람이 우주의 위치를 추적 할 수있는 과정, 어떤 출발점에서 얼마나 멀리 여행했는지, 어떤 방향으로, 눈가리개를 했는 동안.
.라이프 치히의 Max Planck Institute와 노르웨이의 Kavli 시스템 신경 과학 연구소 (Kavli Institute for Systems Neuroscience)와의인지 신경 과학자 인 Jacob Bellmund는“이 아이디어는 그리드 코드가 일종의 메트릭 또는 좌표 시스템이 될 수 있다는 것입니다. "기본적으로 이런 종류의 코드로 거리를 측정 할 수 있습니다." 또한 작동 방식으로 인해 코딩 체계는 많은 정보를 독특하고 효율적으로 표현할 수 있습니다.
그리드 네트워크는 상대적 관계를 기반으로하기 때문에 적어도 이론적으로는 많은 정보뿐만 아니라 다양한 유형의 정보도 나타낼 수 있습니다. 뉴욕 대학교 의과 대학의 신경 과학자 인 György Buzsáki는“그리드 세포를 포착하는 것은 가장 안정적인 물리학 솔루션의 역동적 인 인스턴스화입니다. 아마도 자연은 단어 의미의지도에서 미래 계획의지도에 이르기까지 뇌가 그리드 셀, 구조화 된 관계를 표현할 수 있도록 그러한 해결책에 도달했습니다.
.그리드 세포의 확장 역할
Stachenfeld는“우리는 해마와 entorhinal cortex 기계가 어떻게 더 일반적인 목적을 가질 수 있는지에 대해 생각하고 있습니다. "일반적으로 구조를 [그리드 셀] 표현하고 새로운 상황에 더 빠르게 적용 할 수 있다는 것은 정말 강력한 아이디어입니다." 결과적으로,“더 효율적으로 행동하고 훨씬 더 빨리 배우도록”
.연구자들은 일반적으로 시험 대상에서 개별 뉴런을 직접 측정 할 수 없었기 때문에 방법론에 영리해야했습니다. 예를 들어, 2010 년에 신경 과학자들은 그리드 세포 활동의 간접 시그니처로서 뇌의 기능적 자기 공명 영상 (FMRI) 스캔에서 찾아야 할 특정한 종류의 신호를 알아 냈습니다. 이 "16 진 방향"신호는 가상 환경을 탐색하는 피험자에서 나타납니다. 결과적으로, 그것은 또한 다른 작업, 일부 공간, 일부는 그리 많지 않습니다.
가장 오래된 예 중 하나는 시각적 공간의 탐색 인 둘 사이에 떨어진 행동이 있습니다. 머리를 제자리에 고정시킨 원숭이가 눈으로 이미지를 추적 할 때 연구원들은 entorhinal cortex에서 그리드 세포 활동의 증거를 발견했습니다. 인간의 최근 연구는 동일한 16 진 방향 서명을 발견했으며 일부 실험은 물리적 탐색 작업에서 이미 관찰 된 그리드 코드의 다른보다 직접적인 특성을 정확히 지적했습니다.
.비슷한 원칙은 또한 뇌가 시간을 인코딩하는 방법을 안내 할 수 있습니다. 해마는 이미 특정 상황에서 "시간 세포"뉴런으로 작동하는 장소 세포를 함유하는 것으로 밝혀졌으며, 우주에서의 연속적인 위치보다는 시간의 연속적인 순간을 나타 내기 위해 활성화됩니다. 쥐는 미로를 통과 할 것이며, 한 섹션에서는 계속해서 미리 정해진 몇 초 동안 바퀴 나 런닝 머신에 뛸 수있었습니다. 래트가 제자리에 실행되는 간격 동안, 실제 위치는 일정하게 유지되었고, 해마에서 세포가 시간적 진행을 추적하기 위해 세포는 처음 몇 초 동안 활성화되었고, 다른 뉴런은 다음 몇 초 동안 활성화되었습니다. 이 발견은“방정식에 다른 차원으로 시간을 가져다 준다”고 Bellmund는 말했다.
보다 최근에는 Nature 에 출판 된 작업 작년 여름은 기억이나 경험의 맥락에서 시간을 독특하게 나타내는 코딩 시스템에 대한 증거를 나타 냈습니다. Mosers가 이끄는 한 연구 팀은 시간 동안 몇 초에서 몇 시간 동안 여러 규모에 걸쳐 코딩 체계를 발견했습니다. 시간 조직과 그리드 세포 사이에는 아직 명백한 링크가 그려지지 않았지만 과학자들은 연결의 힌트를 보았습니다. 그리드 세포는 런닝 머신에서 실행되는 쥐에서 경과 시간을 신호합니다.
작년에 프린스턴 대학교의 과학자 팀은 또 다른 잠재적 차원을 믹스에 가져 왔습니다. 그들은 쥐의 뇌 활동을 모니터링하여 레버를 밀어 내고 방출 된 톤의 빈도를 이전에 들었던 것과 일치시켰다. 그들의 관찰은 쥐가 원하는 어조를 찾기 위해 마음 속의“음향 공간”을 정신적으로 탐색 할 수 있다고 암시했다. [편집자 주 :이 작품은 Simons Foundation에 의해 부분적으로 자금을 지원했으며,이 편집자 독립 잡지에도 자금을 지원합니다.]
아마도 2016 년에 실시 된 실험은 그리드 세포 행동에 대한 훨씬 더 추상적 인 맥락을 도입했을 것입니다. 옥스포드 대학의 계산 신경 과학자 인 티모시 베렌스 (Timothy Behrens)가 이끄는 연구원들은 사람들이 목의 길이, 다리의 길이 또는 둘 다를 뻗어 압축하는 것처럼 스크린에서 새의 실루엣을 보았습니다. 16 진 방향 신호는 뇌의 여러 영역에서 fMRI 데이터에서 발생했습니다. 마치 시험 대상이 2 차원의 "조류 공간"을 탐색하는 것처럼, 하나의 축은 목 길이, 다른 도리 길이를 나타내는 2 차원의 "조류 공간"을 탐색하는 것처럼 다양합니다.
이 발견은 뇌가 물리적 공간과 개념 공간을 통해 거의 같은 방식으로 궤적을 처리한다고 제안했다. 이제 Behrens, Bellmund 및 Neuroscientist Christian Doeller를 포함한 연구원들은 관심의 특징 측면에서 모든 지식을 이런 식으로 그릴 수 있다고 제안합니다. 다른 대상, 다른 경험 및 다른 기억을 그리드 코드로 구성하고 통과 할 수 있습니다.
Bellmund는“이것은 상당히 임의의 것으로 보인다. "흥미로운 점은 도메인에 걸쳐 일반적인 것처럼 보이지만 메커니즘은 보존 된 것 같습니다."
이 연구는 독일 퇴행성 질환 센터의인지 신경 과학자 인 Thomas Wolbers를 덧붙였다. 그리드 세포는 단순히“순수한 위치 신호” - 하드 용화 및 특수화 된 것으로 구성되어 있다는 생각에 의문을 제기했다. "지금까지 우리는 탐색 작업과 패러다임 만 살펴 보았 기 때문에 우주에서만 보았습니다." "훨씬 더 유비쿼터스 일 수 있습니다."
비유의 힘
흥미로운 예비 결과를 본 영역 중 하나는 사회적 행동입니다. 우리는 사회를 항상 공간적 용어로 생각합니다. 등반해야 할 사회적 사다리, 구축 및 확장 네트워크,“가까운”또는“먼”이라고 생각합니다. 이제 일부 연구 그룹은 그리드 코드의 증거에 대한 사회적 관계를 조사하고 있습니다.
최근의 한 연구는 Bird Experiment와 달리 2 차원 공간을 구축했습니다. 사람들은 컴퓨터 게임을했으며, 힘이나 제휴 수준을 변화시킬 수있는 방식으로 캐릭터와 상호 작용했습니다. 연구원들은 해마가 시험 대상과 관련하여 그 공간에서 캐릭터의 위치를 추적하는 것처럼 보였다. 실험에서 해마가 그리드와 같은 사회 정보를 탐색하는지 여부를 결정하지는 않았지만 현재 시나이 산의 Icahn School of Medicine의 대학원생 인 Matthew Schafer는 현재이 프로젝트를 진행하고 있습니다. (그와 다른 사람들은 이제 자폐 스펙트럼 장애와 같은 조건을 가진 사람들의 항법이 어떻게 중단되거나 다른 방식으로 영향을받을 수 있는지 연구하고 있습니다.)
이러한 아이디어는 다른 종류의 공간적 은유에 숨겨져있는 단서를 추구하는 것이 가치가있을 수 있습니다. 결국 세포와 그리드 세포를 넘어서는 뉴런도 기여할 것이있을 수 있습니다. 동물이 특정 방향으로 머리를 가리킬 때 발사하는 헤드 방향 세포와 공간을 통과하는 속도와 벽 또는 기타 환경 경계의 위치를 나타내는 경계 세포를 나타내는 속도 셀이 있습니다.
보다 추상적 인 맥락에서 이러한 뉴런을 연구하면 새로운 통찰력이 생길 수 있습니다. 예를 들어, 경계 세포 활성은 물리적 공간의 경계뿐만 아니라 시간적 순서로 별도의 사건들 사이의 경계에 대해보고되었다. 이 뉴런은 또한 뇌에서 뚜렷한 지식의 영역을 만들 때 개념 사이에 경계를 형성하는 데 중요한 역할을 할 수 있습니까? 아니면 헤드 방향 세포가 주어진 주제 내에서 자신을 지향하는 데 도움이 될 수 있습니까? 그러한 비유의 가능성은 엄청납니다.
질병과 다른 상태에 대한 더 나은 이해를 얻는 것도 마찬가지입니다. Wolber는 노화를 연구하고 최근에 발표 된 논문에서 그와 그의 동료들은 노인들의 공간 내비게이션 그리드 코드가 어떻게 변하는지를 조사했습니다. 그들은 오리엔테이션 사이의 그리드가 변동하면서 신호가 덜 안정적이되었으며, 안정적인 그리드를 가진 사람들은 눈가리개가 있고 회로 코스를 따라 이끌 때 상대 위치를 추적하는 데 능숙하다는 것을 발견했습니다. Wolbers는 그리드 코드가 많은 종류의 정보와 기억을 처리하는 데 사용되면 공간 그리드 시스템을 불안정하게하는 병리가 기억의 안정성 및 기타 인식 영역에 더 일반적인 영향을 미칠 수 있다고 제안합니다.
.그럼에도 불구하고“이 단계에서 사용 가능한 데이터는 거의 없습니다. 우리는 조심해야합니다.”
University College London의 행동 신경 과학자 인 Kate Jeffery는 동의했습니다. 물론, 뇌는 공통 시스템을 사용하여 공간 및 비 공간 지식을 인코딩 할 수 있습니다. 후자는 2 차원 척도에서 지속적으로 다양한 것으로 표현 될 수 있다면. 그러나 일부인지 적 과제는 너무 복잡하고 부자연 스럽기 때문에 뇌가 공간적 아날로그를 목발로 통과하는 데 의존해야 할 수도 있습니다. 아마도 사운드 주파수에 대한 실험과 뻗은 새들 이이 기능에 영향을 미쳤다고 Jeffery는 말했다.
.통합 프레임 워크
그리드 코드의 광범위한 응용 분야를 더욱 강화하기 위해, 연구자들은 먼저 지식이 높은 지식이 목 길이와 다리 길이, 전력 및 연관성과 같은 자질보다 훨씬 더 많은 것을 포함하는 경향이 있기 때문에 이러한 셀이 어떻게 2 차원에서 어떻게 작동 할 수 있는지 알아 내기를 희망합니다. 이것은 현재 플라잉 박쥐에서 검사를 받고있는 것입니다.
일부 연구자들은 더 대담한 주장을하고 있습니다. Machine Intelligence Company Numenta의 창립자 인 Jeff Hawkins는 그리드 코드를 적용하여 해마 지역의 메모리 관련 기능을 설명하는 것이 아니라 전체 신피질을 이해하고 모든 인식과 우리 주변의 모든 측면을 모델링하는 방법을 설명하기 위해 노력하고있는 팀을 이끌고 있습니다. 그의“수천 개의 뇌 지능 이론”에 따르면,“피질은 감각 입력 만 처리하는 것이 아니라 오히려 위치에 처리하고 적용하는 것”이라고 그는 말했다. 그가 아이디어를 처음 생각했고 그리드 셀이 어떻게 그것을 촉진 할 수 있는지에 대해 생각했을 때, 그는 다음과 같이 덧붙였습니다.“의자에서 뛰어 내려서 너무 흥분했습니다.”
.눈을 감고 미확인 물체 주위에 손을 감싸는 것을 상상해보십시오.이 경우 커피 컵. Hawkins는 뇌가 컵 자체에 비해 컵 표면에 닿는 각 피부 패치의 위치에 대한 정보를 가져옵니다. 그리드 코드가 공간에서 신체의 위치를 알 수 있듯이 각 피부 패치는 만지고있는 것의 독립적 인 모델을 생성합니다. 그런 다음 모든 모델은 물체가 실제로 커피 컵이라는 결론에 도달하기 위해 교차 참조됩니다.
호킨스는 같은 논리가 구조화 된 프레임 워크가있는 것에 적용 할 수 있다고 생각합니다. "계획, 수학, 물리학, 언어 등 우리가하는 모든 일은 같은 원칙에 근거 할 것"이라고 그는 말했다. "저는 우리가 여기에서 곤경에 처했다고 생각합니다. 갑자기 우리는 갑자기 뇌가 어떻게 작동하는지 이해하기위한 새로운 패러다임을 가질 것입니다."
.가설은 다른 연구자들 사이에서 관심을 불러 일으켰지 만, 그리드 셀이 해마 근처를 넘어 발견 될 것이라는 회의적이며 호킨스와 그의 팀은 모델의 힘을 증명하기 위해 먼 길을 가고 있다고 말합니다.
.그럼에도 불구하고 인공 지능을 향상시키는 방법에 대한 생각에 좋은 출발점을 제공합니다. 그리드 프레임 워크가 실제로 일반적인 프레임 워크라면 훨씬 유연하고 창의적이며 일반 및 강력한 기계를 빌드하는 것이 모방 될 수 있습니다.
필드는 이러한 개념에 맞춰 시작되기 시작했습니다. 현재, 연구자들은 메모리와 내비게이션 기능을 한 번에 연합시키기 위해 해마의 활동을 계속해서 다른 맥락에서 계속 조사하고 있습니다. Stachenfeld는“개념적이고인지 적 아이디어가 실제로 매우 낮은 수준의 신경 데이터와 연결되기 시작하면 정말 만족 스럽습니다.”
.이 기사는 에 재 인쇄되었습니다 theatlantic.com .
