Gehirne und Computer, ein schlechter Vergleich

Warum dein Gehirn mit einem Computer zu vergleichen, ist möglicherweise ungenauer als du denkst.

Es ist eine sehr verbreitete Metapher, Gehirne mit Computern zu vergleichen, obwohl dieser Vergleich nicht ausreicht, um zu zeigen, wie komplex unser Gehirn ist. Eric Chudler stellt das hier in seiner Neuroscience for Kids- Sektion klar und deutlich dar: Warum sollte es schwerer werden, als es sein sollte?

Zum Beispiel können sowohl Gehirne als auch Computer beschädigt werden, aber es besteht ein wesentlicher Unterschied zwischen der Reparatur des einen oder des anderen. Das Reparieren eines Computers ist nur eine Frage des Ersetzens von allem, was kaputt ist. Leider können wir gebrochene Teile im Gehirn nicht ersetzen.

Nächste Ebene

Wissenschaftler der UC Berkeley und der Northwestern University in Chicago haben jedoch die Metapher der Gehirne als Computer in ihrem Artikel auf die nächste Stufe gehoben. Könnte ein Neurowissenschaftler einen Mikroprozessor verstehen? Ihre Absicht war es, der Möglichkeit entgegenzutreten, dass aktuelle neurowissenschaftliche Techniken nicht die besten sind, um die Funktionsweise des Gehirns zu entschlüsseln. Dazu analysierten sie einen Mikroprozessor, als wäre er ein Gehirn. Sie sammelten Daten unter Verwendung von Standard-Neurowissenschaftstools, um zu sehen, ob sie auf die Art und Weise schließen konnten, wie die Maschine Informationen verarbeitet, genau wie Neurowissenschaftler große Datensätze analysieren, um Gehirnmechanismen zu entwirren.

Sie benutzten drei Videospiele, die allen Kindern der 80er bekannt waren: Donkey Kong, Space Invaders und Pitfall. Für das biologische Äquivalent wäre der Mikroprozessor die Maus, und jedes der drei Videospiele wäre ein anderes Verhaltensmuster. Obwohl sie die Grenzen des Vergleichs eines Mikroprozessors mit dem Gehirn eines lebenden Organismus anerkennen, argumentieren die Autoren, dass es genug Ähnlichkeiten gibt, um die Studie zu rechtfertigen: Sowohl ein Gehirn als auch ein Mikroprozessor bestehen aus Verbindungen von kleineren Einheiten, die einzeln differenziert und untersucht werden können. Sie vergleichen die Struktur des Mikroprozessors mit der eines Gehirns, wo wir Schaltkreise finden, die in Mikroschaltkreise unterteilt sind, die aus Neuronen bestehen, die Verbindungen durch ihre Synapsen herstellen. Natürlich ist der Mikroprozessor in vielerlei Hinsicht einfacher als ein Gehirn (zB benötigt das Gehirn komplexe Wege, um die Energie zu erzeugen, die jede Zelle benötigt, und sie besteht aus komplizierten Schaltkreisen, die wir immer noch nicht vollständig verstehen).

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Quelle: Elena Blanco-Suarez

Mit neurowissenschaftlichen Protokollen einen Mikroprozessor untersuchen

Sie verwendeten etablierte Protokolle, um verschiedene Merkmale des Mikroprozessors MOS6502 zu analysieren, ein Modell, das sehr gut verstanden ist. Mit dem Ansatz, der in einem ihrer vorherigen Artikel vorgestellt wurde, konnten sie die Arten von Transistoren innerhalb des Mikroprozessors und die Verbindungen zwischen ihnen identifizieren, ähnlich wie wir es mit dem Gehirn tun würden. Im Mikroprozessor fanden sie nur eine Art von Transistor. Es war jedoch unmöglich, den Betrieb des Mikroprozessors durch bloßes Betrachten der Verbindungen abzuleiten. In den Neurowissenschaften ist dies noch komplizierter, da das Gehirn aus verschiedenen Arten von Zellen besteht und andere Komponenten wie Synapsen, Kanäle und Neurotransmitter in das Gesamtbild integriert werden müssen. Die Autoren wiesen auf die Wichtigkeit der Untersuchung von Verbindungen hin, betonten jedoch das Fehlen von Algorithmen zur Bestimmung der Funktionen der untersuchten Gehirnregionen und damit die Schwierigkeit, das Gehirn durch die alleinige Analyse von Verbindungen zu verstehen.

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Quelle: CC0 Creative Commons

Sie untersuchten auch den Effekt der Spieleleistung, wenn sie einen oder mehrere Transistoren aus dem Mikroprozessor entfernten. Das ist ähnlich wie im Labor, wenn ein Gen ausgeschlagen wird, um die Auswirkungen zu untersuchen. Sie identifizierten den Beitrag jedes Transistors zu jedem betrachteten Videospiel, aber sie konnten den Rest der Spiele ohne weitere Analyse nicht verallgemeinern. Den Autoren zufolge beziehen sich diese Ergebnisse auf die Neurowissenschaft, da es unwahrscheinlich ist, dass ein bestimmtes Verhalten ohne die Interaktion verschiedener Hirnströme / -regionen ausgelöst wird.

Im Laufe des Artikels haben sie andere Aspekte der Transistoren untersucht. Bei jeder Versuchsreihe kamen sie zu dem Schluss, dass, obwohl interessante und notwendige Ergebnisse gezogen wurden, kein einzelner Datensatz ein vollständiges Verständnis darüber lieferte, wie der MOS6502 Informationen verarbeitet.

Bessere Ansätze für bessere Schlussfolgerungen

Wir können nicht vergessen, dass das Gehirn Plastizität besitzt und in der Lage ist, Schaltkreise zu reparieren oder Läsionen und andere Beeinträchtigungen zu kompensieren, die MOS6502 nicht hat. Dies macht die Daten viel sauberer und klarer als die aus neurowissenschaftlichen Experimenten in vivo.

Können Neurowissenschaftler einen Mikroprozessor wirklich verstehen? Laut der Studie brauchen wir dazu nur unterschiedliche Methoden, und das Testen dieser Methoden in einem Mikroprozessor könnte eine gewisse Validierung ermöglichen. Aber vielleicht sollte diese Studie nicht als Bestätigung oder Widerlegung des Wertes der Neurowissenschaft zum Verständnis von Mikroprozessoren oder gar als Messung des Wertes aktueller neurowissenschaftlicher Methoden angesehen werden. Diese Studie bietet zusätzliche Beweise, dass Gehirne keine Computer sind.

Wir brauchen definitiv eine bessere Metapher.

Ursprünglich in PLOS Neuro Community veröffentlicht.

Verweise

Jonas E, Kording KP (2017) “Könnte ein Neurowissenschaftler einen Mikroprozessor verstehen?” PLOS Computational Biology 13 (1): e1005268. doi: 10.1371 / journal.pcbi.1005268

Jonas E, Kording K, “Automatische Entdeckung von Zelltypen und Mikroschaltkreisen von Neural Connectomics”, eLife, 4 (2015), e04250