Un model computacional de l'activitat cerebral és capaç d'aprendre a decidir
Un model computacional de l'activitat cerebral és capaç d'aprendre a decidir
El 12 de maig, va tenir lloc a Brussel·les (Bèlgica) la reunió final i la presentació de resultats del projecte europeu BrainScaleS, projecte en què ha participat Etienne Hugues investigador del Centre de Cognició i Cervell (CBC) que dirigeix Gustavo Deco, professor d'investigació ICREA del Departament de Tecnologies de la Informació i les Comunicacions (DTIC) de la UPF.
La contribució del CBC de la UPF al projecte BrainScaleS ha consistit en l'elaboració d'un model computacional sobre l'activitat espontània del cervell en estat de repòs, així com també una anàlisi de dades i un model computacional de l'activitat neuronal quan el cervell fa una tasca determinada, per exemple un exercici de discriminació perceptiu, per la qual cosa s'ha treballat conjuntament amb el professor mexicà Ranulfo Romo, que ha dut a terme els experiments de discriminació perceptiva en primats.
En estat de repòs, les xarxes neuronals estan en equilibri
Pel que fa a l'activitat del cervell en estat de repòs, els estudis fets amb ressonància magnètica en humans han mostrat que les fluctuacions en el consum d'oxigen de les cèl·lules nervioses assenyalen cap a una organització específica en xarxes. Al comparar els models computacionals elaborats amb les dades fisiològiques obtingudes es comprova que l'excitació i l' inhibició neuronals són dos processos que es mantenen en equilibri en estat de repòs.
En activitat cerebral, les àrees cerebrals implicades es comuniquen
L'equip de Ranulfo Romo ha fet experiments d'estimulació amb primats els quals han rebut dues vibracions tàctils diferents, separades per un interval de temps. Els individus havien de discernir quin dels estímuls tenia una freqüència de vibració més alta. Aleshores, ha mesurat l'activitat de les neurones durant l'execució de la tasca i ha pogut comprovar que l'activitat neuronal és temporal y distribuïda en diferents àrees corticals.
A més, ha vist que les neurones poden donar de manera separada diferents tipus de resposta. A més de neurones que responen només durant l'estimulació, altres tenen el rol de memòria de treball, obviant els valors de les estimulacions i, finalment, una darrera categoria de neurones es troba implicada en la presa de decisions.
Adria Tauste i Marina Martínez, membres del grup de Gustavo Deco han estudiat la resposta de les neurones, a nivell individual i a nivell global, en diferents àrees del cervell, emprant tècniques de teoria de la informació. D'aquesta manera s'ha comprovat que, sorprenentment, en el decurs d'una determinada tasca, totes les àrees cerebrals implicades es comuniquen. Per contra, quan s'estimula a l'animal, però amb la instrucció de no fer la tasca, la comunicació entre totes les àrees desapareix. És a dir, com Tauste ha pogut comprovar "és com si l'estat global del cervell depengués d'acomplir o no una determinada tasca"
Un model computacional de l'activitat cerebral de discriminació perceptiva
Amb tota aquesta informació, el CBC, en el marc del projecte BrainScaleS, ha proposat per primera vegada, un model computacional de l'activitat neuronal cerebral per a una tasca de discriminació perceptiva. Com ha manifestat Hugues "el model proposat consta de tres xarxes neuronals: una sensorial, una altra que actua com a memòria de treball i la darrera que estaria implicada en la presa de decisions".
Com ha seguit explicant Hugues, "hem demostrat que aquest model no només reprodueix les categories de resposta neuronal identificades en el cervell relatives als processos sensorials, de memòria de treball i presa de decisions sinó que, i això és encara més important, fent servir un mecanisme de plasticitat sinàptica, el nostre model en cada assaig successiu, és capaç d'aprendre a decidir de la mateixa manera que faria un subjecte experimental".
El projecte europeu BrainScales (Brain-inspired multiscale computation in neuromorphic hybrid systems) ja ha finalitzat i els resultats globals del projecte es poden consultar a la web del BrainScales. Ha estat un ambiciós projecte internacional del 7è programa Marc, que es va inscriure dins del Future Emerging Technologies (FET) pel qual la Unió Europea va destinar 8,6 milions d'euros per dur-lo a terme en quatre anys, a partir del 2011.
Altres e-notícies de recerca relacionades: