Holonomik beyin teorisi - Holonomic brain theory

Holografik Beyin olarak da bilinen Holonomik beyin teorisi , insan bilincinin beyin hücreleri içinde veya arasında kuantum etkileriyle oluştuğu fikrini araştıran bir sinirbilim dalıdır . Buna, nöron kalıplarına ve etrafındaki kimyaya bakarak beynin davranışını araştıran ve herhangi bir kuantum etkisinin bu ölçekte önemli olmayacağını varsayan geleneksel sinirbilim karşı çıkıyor. Kuantum bilincinin tüm alanı , ana makalesinde detaylandırıldığı üzere , genellikle sahte bilim olarak eleştirilir .

Bu özel kuantum bilinci teorisi, başlangıçta Dennis Gabor tarafından formüle edilen hologramların ilk teorileri üzerine inşa ederek, başlangıçta fizikçi David Bohm ile işbirliği içinde sinirbilimci Karl Pribram tarafından geliştirildi . İnsan bilişini , beyni holografik bir depolama ağı olarak modelleyerek tanımlar . Pribram, bu süreçlerin, aksonları ve sinapsları içeren daha yaygın olarak bilinen aksiyon potansiyellerinden farklı olan, beynin ince lifli dendritik ağlarındaki elektrik salınımlarını içerdiğini öne sürüyor. Bu salınımlar dalgalardır ve hafızanın doğal olarak kodlandığı ve dalga fonksiyonunun bir Fourier dönüşümü ile analiz edilebildiği dalga girişim modelleri yaratır . Gabor, Pribram ve diğerleri, bu beyin süreçleri ile bilgilerin bir hologramda depolanması arasındaki benzerliklere dikkat çekti ve bu da bir Fourier dönüşümü ile analiz edilebilir. Bir hologramda, hologramın yeterli boyuttaki herhangi bir bölümü, depolanan bilgilerin tamamını içerir. Bu teoride, uzun süreli belleğin bir parçası benzer şekilde bir dendritik çardak üzerine dağıtılır, böylece dendritik ağın her bir parçası tüm ağ üzerinde depolanan tüm bilgileri içerir. Bu model, farklı depolanmış bilgi parçaları ile bellek depolamasının yerelliği arasındaki bağlantılara izin veren hızlı çağrışımsal bellek dahil olmak üzere insan bilincinin önemli yönlerine izin verir (belirli bir bellek, belirli bir konumda depolanmaz, yani belirli bir kümede depolanmaz) nöronlar).

Kökenler ve gelişme

1946'da Dennis Gabor hologramı matematiksel olarak icat etti ve bir görüntünün hologram boyunca depolanan bilgilerle yeniden oluşturulabildiği bir sistemi tanımladı. Üç boyutlu bir nesnenin bilgi örüntüsünün, aşağı yukarı iki boyutlu olan bir ışık demetinde kodlanabileceğini gösterdi. Gabor ayrıca holografik ilişkisel belleği göstermek için matematiksel bir model geliştirdi . Gabor'un meslektaşlarından Pieter Jacobus Van Heerden de 1963'te ilgili bir holografik matematiksel bellek modeli geliştirdi. Bu model, yerel olmamanın temel yönünü içeriyordu; bu, yıllar sonra, 1967'de hem Braitenberg hem de Kirschfield tarafından yapılan deneyler bunu gösterdiğinde önemli hale geldi . beyindeki hafızanın kesin lokalizasyonu yanlıştı.

Karl Pribram, psikolog Karl Lashley ile Lashley'nin primat beyinlerindeki belirli anıların tam yerini belirlemek için lezyonları kullanan engram deneylerinde çalıştı . Lashley beyinde küçük lezyonlar yaptı ve bunların hafıza üzerinde çok az etkisi olduğunu buldu. Öte yandan, Pribram geniş korteks alanlarını kaldırarak hafıza ve bilişsel işlevde çok sayıda ciddi eksikliğe yol açtı. Anılar tek bir nöronda veya kesin konumda depolanmadı, ancak bir sinir ağının tamamına yayıldı. Lashley, beyin girişim modellerinin algılamada bir rol oynayabileceğini öne sürdü, ancak bu tür modellerin beyinde nasıl üretilebileceğinden veya beyin işlevine nasıl yol açacaklarından emin değildi.

Birkaç yıl sonra nörofizyolog John Eccles tarafından yazılan bir makale, sinaptik öncesi aksonların dallanan uçlarında bir dalganın nasıl oluşturulabileceğini açıkladı. Bu dalgaların birçoğu girişim desenleri oluşturabilir. Kısa bir süre sonra, Emmett Leith , Gabor'un bilgiyi bir hologram içinde depolamak için daha önce Fourier dönüşümlerini kullanmasından esinlenerek, lazer ışınlarının girişim desenleri aracılığıyla görsel görüntüleri depolamayı başardı. Eccles ve Leith'in çalışmalarını inceledikten sonra Pribram, belleğin lazerle üretilen hologramlara benzeyen girişim kalıpları biçimini alabileceği hipotezini ortaya attı. Fizikçi David Bohm, holomovement fikirlerini sundu ve düzeni ima etti ve açıkladı . Pribram, Bohm'un 1975'teki çalışmasının farkına vardı ve bir hologramın bilgiyi girişim kalıpları içinde depolayabildiğinden ve aktive edildiğinde bu bilgiyi yeniden oluşturabildiğinden, beyin işlevi için güçlü bir metafor işlevi görebileceğini fark etti. Pribram, bu spekülasyon çizgisinde, nörofizyolog Russell ve Karen DeValois'in birlikte "görsel korteksin hücreleri tarafından görüntülenen uzamsal frekans kodlamasının en iyi girdi modelinin Fourier dönüşümü olarak tanımlandığı" gerçeğiyle cesaretlendirildi .

Teoriye genel bakış

Hologram ve holonomi

Olası bir hologram kurulumunun şeması.

Bir hologramın temel bir özelliği , depolanan bilginin her parçasının tüm holograma dağıtılmasıdır. Her iki depolama ve geri alma işlemi, Fourier dönüşüm denklemleri tarafından tanımlanan şekilde gerçekleştirilir . Hologramın bir bölümü girişim modelini içerecek kadar büyük olduğu sürece , bu bölüm depolanan görüntünün tamamını yeniden oluşturabilir, ancak görüntüde gürültü adı verilen istenmeyen değişiklikler olabilir .

Buna bir benzetme, bir radyo anteninin yayın bölgesidir. Bir hologram bilgisinin tamamının bir parça içinde nasıl yer aldığına benzer şekilde, tüm alan içindeki her bir küçük bireysel konumda her kanala erişmek mümkündür. Bir hologramın başka bir benzetmesi, güneş ışığının bir gözlemcinin görsel alanındaki nesneleri aydınlatmasıdır. Güneş ışığının ne kadar dar olduğu önemli değil. Işın her zaman nesnenin tüm bilgilerini içerir ve bir kamera merceği veya göz küresi ile birleştiğinde, aynı tam üç boyutlu görüntüyü üretir. Fourier dönüşüm formülü, tüm nesneler özünde titreşimli yapılar olduğundan, uzamsal formları uzamsal dalga frekanslarına ve tersi yönde dönüştürür . Optik lenslere benzer şekilde hareket eden farklı lens türleri , aktarılan bilgilerin frekans niteliğini değiştirebilir.

Hologramdaki bu yerel olmayan bilgi depolama çok önemlidir, çünkü çoğu parça hasar görse bile bütünlük, yeterli büyüklükte kalan tek bir parça içinde bile yer alacaktır. Pribram ve diğerleri, optik bir hologram ile insan beynindeki hafıza deposu arasındaki benzerliklere dikkat çekti . Holonomik beyin teorisine göre, anılar belirli genel bölgelerde depolanır, ancak bu bölgelerde yerel olmayan bir şekilde depolanır. Bu, beynin hasar gördüğünde bile işlevini ve hafızasını korumasını sağlar. Ancak, hafızanın kaybolduğu bütünü içerecek kadar büyük parçalar olmadığında. Bu aynı zamanda bazı çocukların beyninin büyük bir bölümü (bazı durumlarda yarısı) çıkarıldığında neden normal zekayı koruduklarını da açıklayabilir. Beyin farklı kesitlerde dilimlendiğinde hafızanın neden kaybolmadığını da açıklayabilir. [5]

Tek bir hologram, 3B bilgileri 2B bir şekilde depolayabilir. Bu tür özellikler, orijinal depolanan bellektekinden farklı açı ve boyutlardaki nesneleri tanıma yeteneği de dahil olmak üzere beynin bazı yeteneklerini açıklayabilir.

Pribram, nöral hologramların korteks içindeki salınan elektrik dalgalarının kırınım desenleri tarafından oluşturulduğunu öne sürdü. Temsil, dağınık bir dendritik mikroişlemler ağında dinamik bir dönüşüm olarak gerçekleşir. Holonomik beyin fikri ile holografik beyin fikri arasındaki farkı not etmek önemlidir. Pribram, beynin tek bir hologram olarak işlev gördüğünü öne sürmez. Daha ziyade, daha küçük sinir ağlarındaki dalgalar, beynin daha büyük işleyişinde yerelleştirilmiş hologramlar yaratır. Bu yama holografisine holonomi veya pencereli Fourier dönüşümleri denir.

Bir holografik model, daha geleneksel modellerin yapamadığı diğer bellek özelliklerini de açıklayabilir. Hopfield bellek modeli , daha önce bellek erişiminin büyük ölçüde yavaşladığı ve güvenilmez hale geldiği erken bir bellek doygunluk noktasına sahiptir. Öte yandan, holografik bellek modelleri çok daha büyük teorik depolama kapasitelerine sahiptir. Holografik modeller aynı zamanda ilişkisel belleği gösterebilir, farklı kavramlar arasındaki karmaşık bağlantıları depolayabilir ve " kayıplı depolama " yoluyla unutmaya benzeyebilir .

Sinaptodendritik web

Çeşitli Sinaps Türlerinden Birkaçı

Klasik beyin Teorik olarak elektrik girişlerin toplamıdır dendritler bir ve soma (hücre gövdesi) nöron nöron inhibe ya da bir kapama ve seti tahrik aksiyon potansiyeli aşağı akson bu nereye sinapsların sonraki nöron ile. Bununla birlikte, bu, geleneksel aksodendritik (aksondan dendrite) farklı sinaps çeşitlerini açıklayamaz. Seri sinapslar ve dendritler ile soma arasında ve farklı dendritler arasında olanlar da dahil olmak üzere başka tür sinapsların varlığına dair kanıtlar vardır. Pek çok sinaptik konum işlevsel olarak iki kutupludur, yani her bir nörondan uyarı gönderebilir ve alabilir, tüm dendrit grubuna girdi ve çıktı dağıtabilir.

Teledendronlar ve dendritler ağı olan bu dendritik çardaktaki işlemler, aksiyon potansiyelleri ile ilişkili yayılan sinir uyarılarından değil, ince lifli dendritlerin zarındaki polarizasyon salınımları nedeniyle meydana gelir. Pribram, dendritik çardaktaki bir giriş sinyalinin aksona gitmeden önceki gecikmesinin uzunluğunun zihinsel farkındalıkla ilgili olduğunu varsayar. Gecikme ne kadar kısa olursa eylem o kadar bilinçsiz olurken, daha uzun bir gecikme daha uzun bir farkındalık dönemini gösterir. David Alkon tarafından yapılan bir çalışma, bilinçsiz Pavlovian şartlandırılmasından sonra , deneyim bir eylemin otomatikliğini artırdığında sinaptik eliminasyona benzer şekilde, dendritik çardak hacminde orantılı olarak daha büyük bir azalma olduğunu gösterdi . Pribram ve diğerleri, bilinçsiz davranışa sinir devreleri yoluyla uyarılar aracılık ederken, dendritik çardaktaki mikro işlemlerden bilinçli davranışın ortaya çıktığını teorize eder.

Aynı zamanda, dendritik ağ son derece karmaşıktır, büyük miktarda dallanma ve dallardan çıkıntı yapan birçok dendritik diken nedeniyle tek bir ağaçta 100.000 ila 200.000 girdi alabilir. Dahası, sinaptik hiperpolarizasyon ve depolarizasyon , dar dendritik omurga sapından kaynaklanan direnç nedeniyle bir şekilde izole kalır ve bir polarizasyonun diğer dikenlere çok fazla kesinti olmaksızın yayılmasına izin verir. Bu yayılmaya ayrıca hücre içi olarak mikrotübüller ve hücre dışı olarak glial hücreler yardımcı olur . Bu kutuplaşmalar, sinaptodendritik ağda dalgalar olarak hareket eder ve aynı anda birden fazla dalganın varlığı girişim modellerine yol açar.

Belleğin derin ve yüzeysel yapısı

Pribram, kortikal işlemin iki katmanı olduğunu öne sürüyor: ayrılmış ve lokalize sinir devrelerinden oluşan bir yüzey yapısı ve yüzey yapısını birbirine bağlayan dendritik arborizasyonun derin yapısı. Derin yapı, dağıtılmış bellek içerirken, yüzey yapısı geri alma mekanizması olarak işlev görür. Bağlanma, sinaptodendritik ağdaki salınımlı polarizasyonların zamansal senkronizasyonu yoluyla gerçekleşir. Bağlanmanın yalnızca faz öncüsü veya gecikmesi olmadığında meydana geldiği düşünülüyordu, ancak Saul ve Humphrey tarafından yapılan bir çalışma, lateral genikülat çekirdekteki hücrelerin aslında bunları ürettiğini buldu. Burada, önemli özellikleri yakalamak için bir çerçeve görevi görerek, duyusal ayrımı geliştirmek için aşamalı liderlik ve gecikme eylemi. Bu filtreler aynı zamanda holografik işleyiş için gerekli lenslere benzer.

Pribram, holografik hafızaların büyük kapasiteler, paralel işleme ve hızlı tanıma için içerik adreslenebilirliği, algısal tamamlama için ilişkisel depolama ve ilişkili hatırlama için gösterdiğini belirtiyor. Bellek depolama ile donatılmış sistemlerde, bu etkileşimler bu nedenle giderek daha fazla kendi kaderini tayin etmeye yol açar.

Son çalışmalar

Pribram başlangıçta holonomik beyin teorisini belirli beyin süreçleri için bir analoji olarak geliştirirken, birkaç makale (Pribram'ın kendisi tarafından daha yeni olanlar da dahil olmak üzere) hologram ile belirli beyin işlevleri arasındaki benzerliğin metaforik olmaktan çok daha fazlası olduğunu, ancak aslında yapısal olduğunu öne sürdü. Diğerleri hala ilişkinin yalnızca analojik olduğunu iddia ediyor. Çeşitli çalışmalar, holografik bellek modellerinde kullanılan aynı işlem serilerinin, geçici bellek ve optomotor yanıtlarla ilgili belirli işlemlerde gerçekleştirildiğini göstermiştir . Bu, en azından belirli holonomik özelliklere sahip nörolojik yapıların var olma olasılığını gösterir. Diğer çalışmalar, biyofoton emisyonunun (görünür aralıkta zayıf elektromanyetik dalgalara dönüştürülen biyolojik elektrik sinyalleri) beyindeki elektrik aktivitesinin holografik görüntüleri depolaması için gerekli bir koşul olabileceğini göstermiştir. Bunlar hücre iletişiminde ve uyku dahil belirli beyin süreçlerinde rol oynayabilir, ancak mevcut olanları güçlendirmek için daha fazla çalışmaya ihtiyaç vardır. Diğer çalışmalar, daha gelişmiş bilişsel işlev ile homeotermi arasındaki ilişkiyi göstermiştir . Holografik beyin modellerini hesaba katarsak, bu sıcaklık düzenlemesi, holografik sistemler için önemli bir koşul olan sinyal dalgalarının bozulmasını azaltacaktır. Holografik kodlar ve işleme açısından hesaplama yaklaşımı.

Eleştiri ve alternatif modeller

Pribram'ın holonomik beyin işlevi modeli o sırada geniş ilgi görmedi, ancak o zamandan beri Jibu & Yasue'nin beyin dinamikleri ve Vitiello'nun dağıtıcı kuantum beyin dinamikleri de dahil olmak üzere başka kuantum modelleri geliştirildi. Doğrudan holonomik modelle ilgili olmasa da, yalnızca klasik beyin teorisine dayanan yaklaşımların ötesine geçmeye devam ediyorlar.

Korelograf

1969'da bilim adamları D. Wilshaw, OP Buneman ve H. Longuet-Higgins , Gabor'un orijinal holografik modeliyle aynı şartların çoğunu karşılayan alternatif, holografik olmayan bir model önerdiler. Gabor modeli, beynin gelen sinyaller üzerinde Fourier analizini nasıl kullanabileceğini veya yeniden yapılandırılmış anılarda düşük sinyal-gürültü oranıyla nasıl başa çıkacağını açıklamadı. Longuet-Higgin'in korelograf modeli, herhangi bir sistemin model çiftlerini ilişkilendirebiliyorsa bir Fourier holografıyla aynı işlevleri yerine getirebileceği fikri üzerine inşa edildi. Fourier holografisindeki ile benzer bir yeniden yapılanma yaratmak için kırınım desenleri üretmeyen küçük iğne delikleri kullanır. Bir hologram gibi, ayrı bir korelograf, yer değiştirmiş kalıpları tanıyabilir ve bilgileri paralel ve yerel olmayan bir şekilde depolayabilir, böylece genellikle yerel hasarla yok edilmez. Daha sonra modeli korelografın ötesinde, noktaların bir ızgarada düzenlenmiş paralel çizgiler haline geldiği bir ilişkisel ağa genişletti. Yatay çizgiler giriş nöronlarının aksonlarını temsil ederken, dikey çizgiler çıktı nöronlarını temsil eder. Her kesişme, değiştirilebilir bir sinapsı temsil eder. Bu, yer değiştirmiş kalıpları tanımasa da, daha büyük bir potansiyel depolama kapasitesine sahiptir. Bunun, beynin nasıl organize edildiğini göstermesi gerekmiyordu, bunun yerine Gabor'un orijinal modelini geliştirme olasılığını göstermesi gerekiyordu. P. Van Heerden, bir hologramın sinyal-gürültü oranının idealin% 50'sine ulaşabileceğini matematiksel olarak göstererek bu modele karşı çıktı. Ayrıca, büyük depolama kapasitesi için bir 3B ağa empoze edilen hızlı arama için 2B sinir hologram ağına sahip bir model kullandı. Bu modelin temel bir özelliği, bir nesneyi farklı açılardan ve konumlardan aynı varlık olarak tanıma yeteneğimiz için önemli olan, depolanan bilginin yönünü değiştirme ve çarpıklıklarını düzeltme esnekliğiydi; bu, korelograf ve ilişkilendirme ağı modellerinde eksik olan bir şeydir.

Ayrıca bakınız

Referanslar

Kaynakça

  1. Steven Platek ve diğerleri, "Hiçbir beynin gitmediği yere cesurca gitmek: Evrimsel bilişsel sinirbilimin geleceği," Futures, Ekim 2011, Cilt 43, Sayı 8, 771-776.
  2. Diedrick Aerts ve diğerleri, "Biliş, Yapay Zeka ve Robotlarda Kuantum Etkileşim Yaklaşımı", Brussels University Press, Nisan 2011.
  3. Ervin Laszlo, "Sezginin Savunmasında: Kendiliğinden Kaygının Fiziksel Temellerini Keşfetmek" Journal of Scientific Exploration, 2009, Cilt 23
  4. Karl Pribram, Beyin ve Algı: Figür İşlemede Holonomi ve Yapı (Lawrence Erlbaum Associates, 1991), 125–150.
  5. Karl Pribram, İçindeki Form (Prospecta Press, 2013).
  6. Michael Talbot, Holografik Evren (HarperCollins, 2011).

Dış bağlantılar