두뇌와 컴퓨터, 불쌍한 비교

왜 당신의 두뇌와 컴퓨터를 비교하는 것이 당신이 생각하는 것보다 더 부정확 할 수 있습니다.

이 비교가 우리의 두뇌가 얼마나 복잡한지를 설명하기는 어렵지만 컴퓨터와 뇌를 비교하는 것은 매우 일반적인 은유입니다. Eric Chudler 는 자녀를위한 신경 과학 섹션에서 매우 명확하게 여기에 설명합니다. 왜냐하면 왜 그게 더 힘들지?

예를 들어, 두뇌와 컴퓨터 모두 손상을 입을 수 있지만, 다른 하나를 고치는 것과는 상당한 차이가 있습니다. 컴퓨터를 수리하는 것은 고장이 난 부분을 교체하는 것입니다. 불행히도 우리는 뇌의 손상된 부분을 대체 할 수 없습니다.

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그러나 시카고의 UC Berkeley와 Northwestern University의 과학자들은 뇌의 은유를 자신의 기사에서 다음 단계로 컴퓨터로 사용했다 . 신경 과학자가 마이크로 프로세서를 이해할 수 있을까? 그들의 의도는 현재의 신경 과학 기술이 뇌의 작용을 해독하는 데 최선이 될 수 없다는 가능성에 직면하는 것이 었습니다. 이를 위해 마이크로 프로세서를 마치 뇌처럼 분석했습니다. 그들은 표준 신경 과학 도구를 사용하여 데이터를 수집하여 기계가 정보를 처리하는 방식을 추론 할 수 있는지 여부를 알아 냈습니다. 신경 과학자가 대규모 데이터 세트를 분석하여 뇌 메커니즘을 해체하는 것처럼 말입니다.

그들은 Donkey Kong, Space Invaders, Pitfall 등 80 년대 아이들에게 잘 알려진 3 개의 비디오 게임을 사용했습니다. 생물학적으로 동등한 경우, 마이크로 프로세서는 마우스가되고, 3 개의 비디오 게임은 각각 다른 행동 패턴이됩니다. 연구자들은 마이크로 프로세서를 살아있는 생명체의 뇌와 비교하는 데 한계가 있음을 인정하지만 연구를 정당화하기에 충분한 유사점이 있다고 주장한다. 두뇌와 마이크로 프로세서는 모두 개별적으로 차별화되고 연구 될 수있는 더 작은 단위의 상호 연결로 구성된다. 그들은 마이크로 프로세서의 구조를 뇌의 구조와 비교합니다. 회로의 회로는 시냅스를 통해 연결되는 뉴런으로 구성된 마이크로 회로로 세분됩니다. 물론 마이크로 프로세서는 여러 가지면에서 뇌보다 단순합니다 (예를 들어, 뇌는 모든 세포가 기능 할 수있는 에너지를 생산하기 위해 복잡한 경로를 필요로하며, 아직 완전히 이해하지 못하는 복잡한 회로로 이루어져 있습니다).

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출처 : 엘레나 블랑코 – ​​수아레스

신경 과학 프로토콜을 사용하여 마이크로 프로세서 연구

그들은 잘 알려진 MOS6502 마이크로 프로세서의 다양한 기능을 분석하기 위해 기존의 프로토콜을 사용했습니다. 이전 기사 중 하나에 제시된 접근 방식을 사용하여, 그들은 우리가 두뇌와 비슷한 방식으로 마이크로 프로세서 내의 트랜지스터 유형과 이들 간의 연결을 식별 할 수있었습니다. 마이크로 프로세서에서는 한 종류의 트랜지스터 만 발견했습니다. 그러나 연결을보고 마이크로 프로세서의 작동을 추측하는 것은 불가능했습니다. 신경 과학에서 이것은 뇌가 다른 유형의 세포로 만들어지고 시냅스, 채널 및 신경 전달 물질과 같은 다른 구성 요소가 전체 그림에 통합되어야하기 때문에 더욱 복잡합니다. 저자들은 연결 연구의 중요성에 대해 언급했지만 평가 된 뇌 영역의 기능을 결정하는 알고리즘이 부족하여 연결의 유일한 분석을 통해 두뇌를 이해하는 것이 어려웠 음을 강조했습니다.

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출처 : CC0 크리에이티브 커먼즈

그들은 또한 마이크로 프로세서에서 하나 이상의 트랜지스터를 제거했을 때 게임 성능의 효과를 연구했습니다. 이것은 실험실에서 우리가하는 일과 비슷합니다. 유전자가 그 효과를 연구하기 위해 쓰러 졌을 때입니다. 그들은 고려 된 각 비디오 게임에 대한 각 트랜지스터의 기여도를 확인했지만 추가 분석없이 나머지 게임으로는 일반화 할 수 없었습니다. 저자들에 따르면, 이러한 결과는 다른 뇌 회로 / 영역의 상호 작용없이 특정 행동이 촉발되지는 않을 것이라는 점에서 신경 과학과 관련이 있습니다.

이 기사에서 트랜지스터의 다른 측면을 살펴 보았습니다. 모든 실험 세트에서 흥미롭고 필요한 결과가 도출되었지만 MOS6502가 정보를 처리하는 방법을 완전히 이해할 수있는 개별 데이터 세트는 없다고 결론을 내 렸습니다.

더 나은 결론을위한 더 나은 접근법

우리는 뇌가 소성력을 가지고 있으며 회로를 수리하거나 MOS6502가 가지고 있지 않은 병변 및 기타 손상을 보상 할 수 있다는 것을 잊지 못합니다. 이것은 생체 내 신경 과학 실험에서보다 훨씬 더 깨끗하고 명확한 데이터를 제공합니다.

그렇다면 신경 과학자들은 실제로 마이크로 프로세서를 이해할 수 있습니까? 연구에 따르면, 마이크로 프로세서에서 이러한 방법을 테스트하면 특정 유효성 검사를 제공 할 수있는 다른 방법이 필요합니다. 그러나 아마도이 연구는 마이크로 프로세서를 이해하기위한 신경 과학의 가치에 대한 확인이나 반박으로 간주되어서는 안되며 현재의 신경 과학적 방법의 가치에 대한 측정으로 간주되어서는 안됩니다. 이 연구는 뇌가 컴퓨터가 아니라는 추가적인 증거를 제시합니다.

확실히 더 나은 은유가 필요합니다.

원래 PLOS Neuro Community에 게시되었습니다.

참고 문헌

Jonas E, Kording KP (2017) ‘신경 과학자가 마이크로 프로세서를 이해할 수 있습니까?’ PLOS Computational Biology 13 (1) : e1005268. doi : 10.1371 / journal.pcbi.1005268

Jonas E, Kording K, ‘Neural Connectomics에서 세포 유형 및 미세 회로의 자동 발견’, eLife, 4 (2015), e04250