Model Dehaene-Changeux

Model Dehaene-Changeux ( DCM ), znany również jako globalna neuronalna przestrzeń robocza lub globalny kognitywny model przestrzeni roboczej, jest częścią „ globalnego modelu przestrzeni roboczej ” Bernarda Baarsa dla świadomości.

Jest to komputerowy model neuronowych korelatów świadomości zaprogramowany jako sieć neuronowa . Próbuje odtworzyć zachowanie roju wyższych funkcji poznawczych mózgu , takich jak świadomość , podejmowanie decyzji i centralne funkcje wykonawcze . Został opracowany przez neurobiologów poznawczych Stanislasa Dehaene i Jean-Pierre'a Changeux na początku 1986 roku. Został wykorzystany do zapewnienia ram prognostycznych do badania ślepoty nieuważnej i rozwiązywania testu Tower of London .

Historia

Model Dehaene-Changeux został początkowo ustanowiony jako sieć neuronowa typu spin glass , próbująca reprezentować uczenie się , a następnie zapewnić między innymi odskocznię w kierunku sztucznego uczenia się . Zostałby później wykorzystany do przewidywania obserwowalnych czasów reakcji w ramach paradygmatu torowania i przy ślepocie nieuważnej.

Struktura

Struktura ogólna

Model Dehaene-Changeux to metaneuralna sieć (tj. sieć sieci neuronowych) złożona z bardzo dużej liczby neuronów całkująco -odpalających zaprogramowanych w sposób stochastyczny lub deterministyczny. Neurony są zorganizowane w złożone kolumny wzgórzowo-korowe z połączeniami dalekiego zasięgu i krytyczną rolę odgrywa interakcja między obszarami von Economo . Każda kolumna wzgórzowo-korowa składa się z komórek piramidalnych i hamujących interneuronów otrzymujących neuromodulację pobudzającą na duże odległości , która może reprezentować wejście noradrenergiczne .

Rój i system wieloagentowy złożony z sieci neuronowych

Między innymi Cohen i Hudson (2002) używali już „ sieci metaneuralnych jako inteligentnych agentów do diagnozy ”. sposób „ hierarchii sieci neuronowych, które razem działają jako inteligentny agent ”, w celu wykorzystania ich jako systemu złożonego z dużej skali wzajemnie połączonych inteligentnych agentów do przewidywania samoorganizującego się zachowania neuronalnych korelatów świadomości. Można również zauważyć, że Jain i in. (2002) już jasno zidentyfikowali neurony szczytowe jako agentów inteligentnych, ponieważ dolna granica mocy obliczeniowej sieci neuronów szczytowych to zdolność do symulacji w czasie rzeczywistym dla danych wejściowych o wartościach boolowskich dowolnej maszyny Turinga . DCM składa się z bardzo dużej liczby oddziałujących na siebie podsieci, które same są inteligentnymi agentami, formalnie jest to system wieloagentowy zaprogramowany jako rój lub sieci neuronowe i fortiori kolczastych neuronów.

Trzy poziomy złożoności globalnego modelu przestrzeni roboczej: neuron integrujący i strzelający , wiązka wzgórzowo-korowa i połączenie dalekiego zasięgu. Autorzy podają legendę: „Pokazane są składniki symulacji (górne diagramy) i typowe wzorce spontanicznej aktywności, które mogą wytworzyć (dolne wykresy). Symulowaliśmy zagnieżdżoną architekturę, w której neurony kolczaste (A) są włączone do kolumn wzgórzowo-korowych (B), które same są połączone hierarchicznie lokalnymi i dalekosiężnymi połączeniami korowymi (C) ( szczegóły w sekcji Materiały i metody ). Podczas gdy pojedyncze neurony mogą generować trwałe oscylacje potencjałów błonowych (A), tylko poziomy kolumny i sieci generują złożone, narastające i zanikające oscylacje podobne do EEG (B) i metastabilne globalne stany przedłużonego wypalania (C).”

Zachowanie

DCM wykazuje kilka nadkrytycznych wyłaniających się zachowań , takich jak multistabilność i bifurkacja Hopfa między dwoma bardzo różnymi reżimami, które mogą reprezentować albo sen , albo pobudzenie z różnymi zachowaniami typu „wszystko albo nic”, które Dehaene i in. użyć do określenia testowalnej taksonomii między różnymi stanami świadomości.

Recepcja naukowa

Krytyka samoorganizująca się

Model Dehaene-Changeux przyczynił się do badania nieliniowości i samoorganizującej się krytyczności, w szczególności jako model wyjaśniający wyłaniające się zachowania mózgu, w tym świadomość. Badając synchronizację fazową mózgu i synchronizację na dużą skalę, Kitzbichler i in. (2011a) potwierdzili, że krytyczność jest właściwością organizacji funkcjonalnej sieci ludzkiego mózgu we wszystkich przedziałach częstotliwości w fizjologicznej szerokości pasma mózgu.

Ponadto, badając neuralną dynamikę wysiłków poznawczych między innymi po Modelu Dehaene-Changeux, Kitzbichler et al. (2011b) wykazali, w jaki sposób wysiłek poznawczy przełamuje modułowość umysłu , sprawiając, że funkcjonalne sieci ludzkiego mózgu przejściowo przyjmują bardziej wydajną, ale mniej ekonomiczną konfigurację. Werner (2007a) wykorzystał globalną przestrzeń roboczą neuronów Dehaene-Changeux do obrony stosowania podejść fizyki statystycznej do badania przejść fazowych, skalowania i właściwości uniwersalności tak zwanego „dynamicznego rdzenia” mózgu, w odniesieniu do makroskopowej aktywności elektrycznej w EEG i EMG . Ponadto, opierając się na modelu Dehaene-Changeux, Werner (2007b) zaproponował, że zastosowanie bliźniaczych koncepcji skalowania i uniwersalności teorii nierównowagowych przejść fazowych może służyć jako podejście informacyjne do wyjaśniania natury podstawowych mechanizmów neuronowych , z naciskiem na dynamikę rekursywnie reentrantowego przepływu aktywności w wewnątrzkorowych i korowo-podkorowych pętlach neuronalnych. Friston (2000) stwierdził również, że „ nieliniowy charakter sprzężenia asynchronicznego umożliwia bogate, zależne od kontekstu interakcje, które charakteryzują rzeczywistą dynamikę mózgu, co sugeruje, że odgrywa ono rolę w integracji funkcjonalnej, która może być równie ważna jak interakcje synchroniczne” .

Stany świadomości i fenomenologia

Przyczyniło się to do badania przemian fazowych w mózgu pod wpływem sedacji, a zwłaszcza sedacji GABA-ergicznej, takiej jak indukowana przez propofol (Murphy i wsp. 2011, Stamatakis i wsp. 2010). Model Dehaene-Changeux był przeciwstawiany i cytowany w badaniach nad świadomością zbiorową i jej patologiami (Wallace et al. 2007). Boly i in. (2007) wykorzystali model do odwrotnego badania somatotopowego, wykazując korelację między podstawową aktywnością mózgu a percepcją somatosensoryczną u ludzi. Boly i in. domyślnej sieci ludzkiego mózgu .

Publikacje

• Naccache, L. Starzenie poznawcze rozpatrywane z punktu widzenia poznawczych neuronauek świadomości. Psychologie & NeuroPsychiatrie du vieillissement. Tom 5, numer 1, 17–21, Mars 2007
• Rialle, V i Stip, E. Modelowanie poznawcze w psychiatrii: od modeli symbolicznych do modeli równoległych i rozproszonych J Psychiatry Neurosci. 1994 maj; 19(3): 178-192.
• Ravi Prakash, Om Prakash, Shashi Prakash, Priyadarshi Abhishek i Sachin Gandotra Globalny model świadomości w przestrzeni roboczej i jego elektromagnetyczne korelaty Ann Indian Acad Neurol. 2008 lipiec – wrzesień; 11(3): 146-153. doi : 10.4103/0972-2327.42933
• Zigmond, Michael J. (1999) Neurobiologia podstawowa” , Academic Press p1551
• Bernard J. Baars, Nicole M. Gage Poznanie, mózg i świadomość: wprowadzenie do neuronauki poznawczej Academic Press, 2010 s. 287
• Carlos Hernández, Ricardo Sanz, Jaime Gómez-Ramirez, Leslie S. Smith, Amir Hussain, Antonio Chella, Igor Aleksander Od mózgów do systemów: Systemy poznawcze inspirowane mózgiem, tom 718 Postępy w medycynie eksperymentalnej i serii Biologia Springer, 2011 s. 230
• Stevena Laureysa i in. Granice świadomości: neurobiologia i neuropatologia, tom 150 Progress in Brain Research Elsevier, 2006 s. 45
• Michael S. Gazzaniga Neurobiologia kognitywna MIT Press, 2004 s. 1146
• Stanislas Dehaene Neurobiologia poznawcza świadomości MIT Press 2001 s.13
• Tim Bayne, Axel Cleeremans, Patrick Wilken Oksfordzki towarzysz świadomości Oxford University Press 2009 s. 332
• Hans Liljenström, Peter Århem Przemiany świadomości: aspekty filogenetyczne, ontogenetyczne i fizjologiczne Elsevier 2008 s. 126

Zobacz też

• Sztuczna świadomość
• Skomplikowany system
• Neuronauka

Linki zewnętrzne

• „Wybrane publikacje Stanislasa Dehaene” . INSERM-CEA Jednostka poznawczego neuroobrazowania .