天大团队找到了大脑处理信息时的“协作密码”
近日，天津大学人工智能学院教授于强团队联合国际科研人员，在神经网络信息处理机制研究中取得重要突破。该研究聚焦于大脑神经网络的“基本零件”——突触，首次揭示了其处理时空信息的核心机制。相关成果在国际权威期刊《美国科学院院刊》（PNAS）正式发表。
人类大脑中，数以亿计的神经元以脉冲的形式，通过“突触”这一连接点传递和处理信息。对其工作机制的模拟与计算是人工智能领域发展的重要启发源泉。
神经网络存储容量和噪声鲁棒性分析结果 天津大学供图
具体而言，突触具有两种关键的调节能力，一是“长时可塑性”，即其连接强度可以长期增强或减弱，这被认为是形成长期记忆的基础；二是“短时可塑性”，即在极短时间内动态调节信号强度的能力。尽管两者均至关重要，但它们如何协同工作，共同影响大脑的学习与信息处理效率，一直是未解之谜。
针对这一难题，研究团队通过构建突触计算与学习理论模型，发现当“长时可塑性”作用于“短时可塑性”时，大脑能够将时间序列上的信息转化为空间上的表达模式，也就是“以时间换空间”。这一机制显著增强了神经网络的记忆容量、抗干扰能力以及对复杂时空信息的识别能力。该模型还在小鼠与人类大脑皮层突触电生理观测中得到了验证，显示出高度的生物合理性。
“这项研究就像是我们找到了大脑在处理信息时的‘协作密码’，”于强比喻道，“它不仅解释了大脑处理信息的底层逻辑，也为开发可解释、可通用的下一代人工智能方法提供了重要支撑，标志着我国在类脑智能与人工智能交叉前沿领域取得又一重要进展。”
相关论文信息：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2426290122
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