Український телекомунікаційний портал

Торік нейробіолог Сузана Еркулано-Оузель у своїй науковій роботі зробила спірну заяву про те, що м’ясоїдні динозаври на кшталт тиранозаврів за рівнем інтелекту були зіставні з приматами. Міжнародна команда палеонтологів, біологів, фахівців у галузі нейроанатомії та когнітивної психології опублікувала нове дослідження, яке відстоює прямо протилежні висновки.

У статті, що вийшла у 2023 році в Journal of Comparative Neurology, Еркулано-Оузель за допомогою методу філогенетичного брекетингу спробувала розрахувати, скільки нейронів могло бути в мозку у Tyrannosaurus rex і подібних до них хижих динозаврів. Вчений стверджувала, що кількість нейронів у них приблизно відповідала кількості цих нервових клітин у сучасних мавп, таких як павіани. Дослідниця побачила у цьому свідчення більш розвиненого, ніж вважалося раніше, інтелекту у T. rex. Зокрема, вона навіть допустила здатність тиранозаврів до передачі знань та використання знарядь.

У науковому співтоваристві роботу зустріли з великим скепсисом. Багато хто захотів публічно довести неправоту Еркулано-Оузель, оскільки її стаття потрапила до ЗМІ і наробила багато галасу. Через війну сформувалася ціла група вчених із різних держав, зокрема Німеччини, Канади, навіть інших. Їхнє дослідження-спростування наприкінці квітня 2024 року опублікував журнал The Anatomical Record.

До цього палеонтологи та біологи десятиліттями вивчали розміри та анатомію мозку доісторичних ящерів, роблячи на підставі отриманих даних висновки про їх можливу поведінку та спосіб життя. Мозок динозаврів досліджують за допомогою так званих ендокастів — зліпків внутрішньої поверхні черепної коробки, а також виходячи із форми самих порожнин.

Докладно розглянувши методи, які застосувала Еркулано-Оузель, її опоненти показали їхню ненадійність. Зокрема, вчені виявили суттєве завищення в оцінках розмірів мозку динозаврів та числа нейронів у ньому, особливо в області переднього мозку. Крім того, підрахунок нейронів сам не дозволяє достовірно передбачити рівень інтелекту, підкреслили автори нової наукової роботи.

Відомо, що кількість нейронів збільшується пропорційно до розмірів тіла. За словами дослідників, таким гігантам, як тиранозаври, вага яких могла досягати 14 тонн, потрібно більше нейронів просто для забезпечення базових функцій їх масивних тіл, а не для якихось інтелектуальних завдань на кшталт використання знарядь.

Один із авторів спростування — професор біологічних наук Дуглас Р. Уайлі (Douglas R. Wylie) з Університету Альберти (Канада) — також сказав, що в мозку рептилій нейрони компонуються менш щільно і кількість зв’язків між ними менша, ніж у мозку птахів та ссавців. Втім, зазначимо, що з погляду сучасної науки динозаври ближчі один до птахів, які і входять до групи динозаврів, ніж до рептилій.

Оскільки число нейронів — поганий орієнтир для оцінки когнітивних функцій, опора на нього при визначенні рівня інтелекту у видів, що давно вимерли, може вести до надзвичайно некоректних тлумачень, як і сталося з роботою Еркулано-Оузель. Для достовірних висновків вчені рекомендували розглядати ширший спектр даних, у тому числі деталі анатомії скелета, гістологію кісток, аналіз скам’янілостей та поведінку родинних видів, які сьогодні живуть.

«Припущення, що T. rex за інтелектом могли не поступатися павіанам, заворожує та лякає. <…> Але наше дослідження показало, що всі наявні дані йдуть урозріз із цією ідеєю. Вони [тиранозаври] скоріше були схожі на розумних гігантських крокодилів, і це не менш захоплююче», — зробили висновок вчені.

Фізикам-теоретикам з Утрехтського університету разом з фізиками-експериментаторами з Університету Соган у Південній Кореї вдалося побудувати штучний синапс. Цей синапс працює з водою та сіллю та є першим доказом того, що система, яка використовує те саме середовище, що й наш мозок, може обробляти складну інформацію. Результати були опубліковані в науковому журналі Proceedings of the National Academy of Sciences.

Прагнучи підвищити енергоефективність звичайних комп’ютерів, вчені давно зверталися до людського мозку за натхненням. Вони прагнуть наслідувати його надзвичайну здатність різними способами. Ці зусилля призвели до розробки мозкових комп’ютерів, які відрізняються від традиційної бінарної обробки й охоплюють аналогові методи, схожі на наш мозок. Однак, хоча наш мозок працює, використовуючи воду та розчинені частинки солі, які називаються іонами, як середовище, більшість сучасних комп’ютерів, натхненних мозком, покладаються на звичайні тверді матеріали.

У зв’язку з цим виникає запитання: чи не могли б ми досягти більш точного відтворення роботи мозку, використовуючи те саме середовище? Ця інтригуюча можливість лежить в основі галузі іонтронних нейроморфних обчислень, що розвивається.

Штучний синапс

В останньому дослідженні, опублікованому в PNAS , вчені вперше продемонстрували систему, засновану на воді та солі, яка демонструє здатність обробляти складну інформацію, віддзеркалюючи функціональність нашого мозку. Центральне місце в цьому відкритті займає мініатюрний пристрій розміром 150 на 200 мікрометрів, який імітує поведінку синапсу — важливого компонента в мозку, відповідального за передачу сигналів між нейронами.

Тім Камсма, доктор філософії Інституту теоретичної фізики та Математичного інституту Утрехтського університету та провідний автор дослідження, висловлює своє захоплення, заявляючи: «Хоча штучні синапси, здатні обробляти складну інформацію, вже існують на основі твердих матеріалів, тепер ми вперше показуємо, що цей подвиг також можна здійснити за допомогою води та солі». Він наголошує: «Ми ефективно відтворюємо поведінку нейронів за допомогою системи, яка використовує те саме середовище, що й мозок».

«Можливо, це прокладе шлях для обчислювальних систем, які точніше відтворюють надзвичайні можливості людського мозку». — ТімТім Камсма, доктор філософії та провідний автор

Міграція іонів

Пристрій, розроблений вченими в Кореї та званий іонтронним мемристором, містить конусоподібний мікроканал, заповнений розчином води та солі. Після отримання електричних імпульсів іони всередині рідини мігрують через канал, що призводить до змін концентрації іонів. Залежно від інтенсивності (або тривалості) імпульсу провідність каналу відповідно регулюється, віддзеркалюючи посилення або послаблення зв’язків між нейронами. Ступінь зміни провідності служить вимірним представленням вхідного сигналу.

Додатковим висновком є ​​те, що довжина каналу впливає на тривалість, необхідну для розсіювання змін концентрації. «Це свідчить про можливість адаптації каналів для збереження та обробки інформації протягом різного часу, знову ж таки, як синаптичні механізми, які спостерігаються в нашому мозку», — пояснює Камсма.

Ого!

Генезис цього відкриття можна простежити до ідеї, задуманої Камсмою, який нещодавно почав своє докторське дослідження. Він перетворив цю концепцію, зосереджену навколо використання штучних іонних каналів для завдань класифікації, у надійну теоретичну модель.

«Випадково в той період наші шляхи перетнулися з дослідницькою групою в Південній Кореї, — згадує Камсма. — Вони сприйняли мою теорію з великим ентузіазмом і швидко розпочали експериментальну роботу на її основі». Примітно, що початкові висновки матеріалізувалися лише через три місяці, тісно збігаючись із прогнозами, викладеними в теоретичній основі Kamsma. «Я подумав: вау!» розмірковує він. «Надзвичайно приємно спостерігати перехід від теоретичних припущень до відчутних реальних результатів, що в кінцевому підсумку призвело до цих прекрасних експериментальних результатів».

Значний крок вперед

Камсма підкреслює фундаментальний характер дослідження, наголошуючи на тому, що іонні нейроморфні обчислення, хоч і переживають швидкий розвиток, все ще перебувають у зародковому стані. Передбачуваним результатом є комп’ютерна система, яка значно перевершить ефективність і енергоспоживання порівняно з сучасними технологіями. Проте, чи втілиться це бачення, на цей час залишається спекулятивним. З усім тим, Kamsma розглядає публікацію як значний крок вперед.

«Це являє собою важливий прогрес у напрямку комп’ютерів, здатних не тільки імітувати комунікаційні шаблони людського мозку, але й використовувати те саме середовище», — стверджує він. «Можливо, це зрештою прокладе шлях для обчислювальних систем, які точніше відтворюють надзвичайні можливості людського мозку».