Модель Деэна – Шанже
Модель Деэна-Шанге ( DCM ), также известная как глобальное нейронное рабочее пространство или глобальная модель когнитивного рабочего пространства , является частью Бернарда Баарса для модели глобального рабочего пространства сознания.
Это компьютерная модель нейронных коррелятов сознания , запрограммированная в виде нейронной сети . Он пытается воспроизвести поведение роя. [ нужны разъяснения ] мозга , высших когнитивных функций таких как сознание , принятие решений [ 1 ] и центральные исполнительные функции . Он был разработан когнитивными нейробиологами Станисласом Деэном и Жан-Пьером Шанжё в 1986 году. [ 2 ] Он использовался в качестве прогностической основы для изучения слепоты по невнимательности и решения теста Лондонского Тауэра . [ 3 ] [ 4 ]
История
[ редактировать ]Модель Деэна-Шанже изначально была создана как нейронная сеть со спиновым стеклом, пытающаяся представить обучение , а затем стать ступенькой к искусственному обучению, среди других целей. Позже его будут использовать для прогнозирования наблюдаемого времени реакции в рамках парадигмы прайминга. [ 5 ] и в невнимательной слепоте.
Структура
[ редактировать ]Общая структура
[ редактировать ]Модель Деэна-Шанже представляет собой метанейронную сеть (т.е. сеть нейронных сетей), состоящую из очень большого количества интегрирующих и запускающих нейронов, запрограммированных либо стохастическим , либо детерминированным способом. Нейроны организованы в сложные таламо-кортикальные столбцы с дальними связями и играют решающую роль. [ нужны разъяснения ] играет взаимодействие между областями фон Экономо . Каждый таламо-кортикальный столбик состоит из пирамидных клеток и тормозных интернейронов, на больших расстояниях получающих возбуждающую нейромодуляцию , которая может представлять собой норадренергический вход.
Рой и мультиагентная система, состоящая из нейронных сетей
[ редактировать ]![]() | Этот раздел , возможно, содержит обобщение материала не , который достоверно и не относится упоминает основную тему ( Ноябрь 2011 г. ) |
Среди других Коэн и Хадсон (2002) уже использовали «метанейронные сети в качестве интеллектуальных агентов для диагностики». [ 6 ] Подобно Коэну и Хадсону, Деэн и Чанже разработали свою модель как взаимодействие метанейронных сетей (таламокортикальных столбцов), которые сами запрограммированы в виде «иерархии нейронных сетей, которые вместе действуют как интеллектуальный агент», чтобы использовать их как систему, состоящую из большого количества взаимосвязанных интеллектуальных агентов, предназначенных для прогнозирования самоорганизованного поведения нейронных коррелятов сознания. Джайн и др. (2002) уже четко идентифицировали импульсные нейроны как интеллектуальные агенты. [ 7 ] поскольку нижняя граница вычислительной мощности сетей импульсных нейронов — это способность моделировать в реальном времени для логических входных данных любую машину Тьюринга . [ 8 ] Поскольку DCM состоит из очень большого количества взаимодействующих подсетей, которые сами являются интеллектуальными агентами, формально это мультиагентная система, запрограммированная как рой или нейронные сети и, тем более, импульсные нейроны.

Поведение
[ редактировать ]DCM демонстрирует несколько сюркритических [ нужны разъяснения ] эмерджентное поведение, такое как мультистабильность и бифуркация Хопфа между двумя совершенно разными режимами, которые могут представлять собой либо сон , либо пробуждение с различными вариантами поведения «все или ничего» , которые Dehaene et al. использовать для определения проверяемой таксономии между различными состояниями сознания. [ 10 ] [ нужны разъяснения ]
Научный прием
[ редактировать ]Самоорганизованная критичность
[ редактировать ]Модель Деэна-Шанже способствовала изучению нелинейности и самоорганизованной критичности, в частности, как объяснительная модель возникающего поведения мозга, включая сознание. Изучая фазовую синхронизацию и крупномасштабную синхронизацию мозга, Китцбихлер и др. (2011a) подтвердили, что критичность является свойством организации функциональной сети мозга человека во всех частотных интервалах физиологической полосы пропускания мозга. [ 11 ]
Более того, исследуя нейронную динамику когнитивных усилий, в частности , с помощью модели Деэна-Шанже, Kitzbichler et al. (2011b) продемонстрировали, как когнитивные усилия разрушают модульность мышления , заставляя функциональные сети человеческого мозга временно принимать более эффективную, но менее экономичную конфигурацию. [ 12 ] Вернер (2007a) использовал глобальное нейронное рабочее пространство Деэна-Шанже, чтобы защитить использование подходов статистической физики для изучения фазовых переходов, свойств масштабирования и универсальности так называемого «динамического ядра» мозга, имеющего отношение к макроскопической электрической активности в ЭЭГ и ЭМГ . [ 13 ] Более того, основываясь на модели Деэна-Шанже, Вернер (2007b) предположил, что применение двойных концепций масштабирования и универсальности теории неравновесных фазовых переходов может служить информативным подходом для выяснения природы лежащих в основе нейронных механизмов. с акцентом на динамику рекурсивно- реентерабельного потока активности во внутрикорковых и кортико-подкорковых нейрональных петлях. Фристон (2000) также утверждал, что «нелинейная природа асинхронной связи обеспечивает богатые контекстно-зависимые взаимодействия, которые характеризуют реальную динамику мозга, предполагая, что она играет роль в функциональной интеграции, которая может быть столь же важной, как и синхронные взаимодействия». [ 14 ]
Состояния сознания и феноменология
[ редактировать ]Это способствовало изучению фазового перехода в мозге под седацией, в частности ГАМК-ергической седации, например, вызванной пропофолом (Murphy et al. 2011, Stamatakis et al. 2010). [ 15 ] [ 16 ] Модель Деэна-Шанже противопоставлялась и цитировалась при изучении коллективного сознания и его патологий (Wallace et al. 2007). [ 17 ] Боли и др. (2007) использовали модель для обратного соматотопического исследования, продемонстрировав корреляцию между базовой активностью мозга и соматосенсорным восприятием у людей. [ 18 ] Боли и др. (2008) также использовали DCM для исследования базового состояния сознания стандартной сети человеческого мозга . [ 19 ]
Состязательное сотрудничество для проверки модели Деэна – Шанжо и теории интегрированной информации.
[ редактировать ]В 2019 году Фонд Темплтона объявил о финансировании на сумму более 6 000 000 долларов для проверки противоположных эмпирических предсказаний модели Деэна-Шанже и конкурирующей теории ( теории интегрированной информации , или IIT). [ 20 ] [ 21 ] Создатели обеих теорий подписали экспериментальные протоколы и анализ данных, а также точные условия, которые удовлетворяют, если их отстаиваемая теория правильно предсказала результат или нет. [ 22 ] Первоначальные результаты были объявлены в июне 2023 года. [ 23 ] Ни один из прогнозов модели Деэна-Шанже не превзошёл того, что было согласовано при предварительной регистрации, в то время как два из трёх прогнозов IIT не превысили этот порог. [ 24 ]
Публикации
[ редактировать ]- Риалле В. и Стип Э. (май 1994 г.). «Когнитивное моделирование в психиатрии: от символических моделей к параллельным и распределенным моделям». J Психиатрия Неврология . 19 (3): 178–192.
- Зигмонд, Майкл Дж. (1999). Фундаментальная нейробиология . Академик Пресс, стр. 1551.
- Деэн, Станислас (2001). Когнитивная нейробиология сознания . MIT Press, с. 13.
- Рави Пракаш, Ом Пракаш, Шаши Пракаш, Приядарши Абхишек и Сачин Гандотра (2008). «Глобальная модель сознания и ее электромагнитные корреляты». Энн Индиан Акад Нейрол . июль–сентябрь; 11 (3): 146–153. дои : 10.4103/0972-2327.42933
- Газзанига, Майкл С. (2004). Когнитивные нейронауки . MIT Press, с. 1146.
- Лорейс, Стивен; и др. (2006). Границы сознания: нейробиология и невропатология . Том 150 « Прогресс в исследованиях мозга» . Эльзевир, с. 45.
- Наккаш, Л. (март 2007 г.). «Когнитивное старение, рассматриваемое с точки зрения когнитивной нейробиологии сознания». Психология и нейропсихиатрия наблюдения . Том 5, номер 1, 17–21.
- Ханс Лильенстрём, Петер Орхем (2008). Переходы сознания: филогенетические, онтогенетические и физиологические аспекты . Эльзевир, с. 126.
- Тим Бейн, Аксель Клиреманс, Патрик Уилкен (2009). Оксфордский спутник сознания . Издательство Оксфордского университета, стр. 332.
- Бернард Дж. Баарс, Николь М. Гейдж (2010). Познание, мозг и сознание: введение в когнитивную нейробиологию . Академическое издательство, с. 287.
- Карлос Эрнандес, Рикардо Санс, Хайме Гомес-Рамирес, Лесли С. Смит, Амир Хусейн, Антонио Челла, Игорь Александр (2011). От мозга к системам: когнитивные системы, вдохновленные мозгом . Том 718 серии «Достижения экспериментальной медицины и биологии» . Спрингер, с. 230.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Деэн С., Changeux JP. «Зависимое от вознаграждения обучение в нейронных сетях для планирования и принятия решений». Прога Brain Res . 2000;126:217-29.
- ^ Деэн С., Changeux JP. «Экспериментальные и теоретические подходы к сознательной обработке информации». Нейрон . 28 апреля 2011 г.;70(2):200-27.
- ^ Changeux JP, Dehaene S. «Иерархическое нейронное моделирование когнитивных функций: от синаптической передачи до Лондонского Тауэра». Comptes Rendus de l'Académie des Sciences, Série III . Февраль – март 1998 г.; 321 (2–3): 241-7.
- ^ Деэн С., Чанже Дж.П., Надаль Дж.П. «Нейронные сети, изучающие временные последовательности путем выбора». Proc Natl Acad Sci США . Май 1987 г.;84(9):2727-31.
- ^ Epub, 25 января 2010 г. Ван ден Буше Э., Хьюз Г., Хамбек Н.В., Рейнвоет Б. «Отношения между сознанием и вниманием: эмпирическое исследование с использованием парадигмы прайминга». Сознательное познание . Март 2010 г.; 19 (1): 86–97.
- ^ Коэн, Мэн; Хадсон, ДЛ . «Метанейронные сети как интеллектуальные агенты диагностики». Нейронные сети, 2002. IJCNN '02. Материалы Международной совместной конференции 2002 г., 233–238.
- ^ Джайн, Лахми К.; Чен, Чжэнсинь; Ичалкарандже, Нихил, ред. (2002). Интеллектуальные агенты и их приложения . Исследования нечеткости и мягких вычислений. Том. 98. Гейдельберг; Нью-Йорк: Физика-Верлаг. дои : 10.1007/978-3-7908-1786-7 . ISBN 3790814695 . OCLC 49285672 .
- ^ Маасс, Вольфганг (январь 1996 г.). «Нижние границы вычислительной мощности сетей импульсных нейронов». Нейронные вычисления . 8 (1): 1–40. CiteSeerX 10.1.1.55.933 . дои : 10.1162/neco.1996.8.1.1 .
- ^ Dehaene S, Changeux JP (2005) «Продолжающаяся спонтанная активность контролирует доступ к сознанию: нейронная модель слепоты по невнимательности». PLoS Биол 3(5): e141. doi : 10.1371/journal.pbio.0030141 изображение с полностью открытым исходным кодом.
- ^ Деэн С., Чанге Дж. П., Наккеш Л., Сакур Дж., Серджент К. «Сознательная, предсознательная и подсознательная обработка: проверяемая таксономия». Тенденции Cogn Sci . Май 2006 г.;10(5):204-11. Электронная публикация 2006 г., 17 апреля.
- ^ Кицбихлер М.Г., Смит М.Л., Кристенсен С.Р., Буллмор Э. «Широкополосная критичность синхронизации сетей человеческого мозга». ПЛОС Компьютер. Биол . Март 2009 г.;5(3):e1000314. Epub 2009, 20 марта.
- ^ Китцбихлер М.Г., Хенсон Р.Н., Смит М.Л., Натан П.Дж., Буллмор Э.Т. «Когнитивные усилия определяют конфигурацию рабочего пространства функциональных сетей человеческого мозга». Дж. Нейроски . 1 июня 2011 г.;31(22):8259-70.
- ^ Вернер Г. «Динамика мозга на разных уровнях организации» . J Физиол Париж . Июль – ноябрь 2007 г.; 101 (4–6): 273-9. Epub 2008, 8 января.
- ^ Фристон, К.Дж. (2000). «Лабильный мозг. I. Нейронные переходные процессы и нелинейная связь» . Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci . 355 (1394): 215–36. дои : 10.1098/rstb.2000.0560 . ПМК 1692735 . ПМИД 10724457 .
- ^ Мерфи М., Бруно М.А., Риднер Б.А., Боверу П., Нуаром К., Ландснесс ЕС, Бришан Дж.Ф., Филлипс С., Массимини М., Лорейс С., Тонони Г., Боли М. «Пропофоловая анестезия и сон: исследование ЭЭГ с высокой плотностью» . Спать . 1 марта 2011 г.;34(3):283-91A.
- ^ Стаматакис Э.А., Адапа Р.М., Абсалом А.Р., Менон Д.К. «Изменения в состоянии покоя нейронных связей во время седации пропофолом» . ПЛОС Один . 2 декабря 2010 г.;5(12):e14224.
- ^ Уоллес РМ, Фуллилав MT, Фуллилав RE, Уоллес DN. «Коллективное сознание и его патологии: понимание провала контроля и лечения СПИДа в Соединенных Штатах» Theor Biol Med Model . 2007, 26 февраля; 4:10.
- ^ Боли М., Балто Э., Шнакерс С., Дегельдре С., Мунен Г., Люксен А., Филлипс С., Пеньё П., Маке П., Лорейс С. «Базовые колебания активности мозга предсказывают соматосенсорное восприятие у людей». Proc Natl Acad Sci США . 17 июля 2007 г.; 104 (29): 12187-92. Epub, 6 июля 2007 г.
- ^ Боли М., Филлипс С., Чибанда Л., Ванхауденхейс А., Шабус М., Данг-Ву Т.Т., Мунен Г., Хустинкс Р., Маке П., Лорейс С. «Внутренняя активность мозга в измененных состояниях сознания: насколько сознательным является режим по умолчанию». функция мозга?" Энн, Нью-Йоркская академия наук . 2008;1129:119-29. Обзор.
- ^ «Ускорение исследований сознания: состязательное сотрудничество для проверки противоречивых предсказаний глобального рабочего пространства нейронов и интегрированной теории информации» . www.templetonworldcharity.org . Проверено 16 июля 2023 г.
- ^ Меллони, Люсия; Мудрик, Лиад; Питтс, Майкл; Кох, Кристоф (28 мая 2021 г.). «Облегчение трудной проблемы сознания» . Наука . 372 (6545): 911–912. дои : 10.1126/science.abj3259 . ISSN 0036-8075 . ПМИД 34045342 .
- ^ Меллони, Люсия; Мудрик, Лиад; Питтс, Майкл; Бендц, Катарина; Ферранте, Оскар; Горска, Уршула; Хиршхорн, Рони; Халаф, Айя; Козьма, Чаба; Лепор, Алекс; Лю, Линг; Мазумдер, Дэвид; Рихтер, Дэвид; Чжоу, Хао; Блюменфельд, Хэл (10 февраля 2023 г.). «Протокол состязательного сотрудничества для проверки противоречивых предсказаний глобального рабочего пространства нейронов и теории интегрированной информации» . ПЛОС ОДИН . 18 (2): e0268577. дои : 10.1371/journal.pone.0268577 . ISSN 1932-6203 . ПМЦ 9916582 . ПМИД 36763595 . Первичная предварительная регистрация: Меллони, Люсия; Мудрик, Лиад; Питтс, Майкл; Блюменфельд, Хэл; Ланге, Флорис де; Дженсен, Оле; Крейман, Габриэль; Ло, Хуан; Чалмерс, Дэвид; Деэн, Станислас (16 января 2019 г.). «Состязательное сотрудничество для тестирования GNW и IIT» . Осф.io.
- ^ Финкель, Элизабет (30 июня 2023 г.). «Охота за сознанием дает результаты, но не ясность» . Наука . 380 (6652): 1309–1310. дои : 10.1126/science.adj4498 . ISSN 0036-8075 . ПМИД 37384689 .
- ^ Консорциум Cogitate, Ферранте, О., ..., Меллони, Л., bioRxiv (26 июня 2023 г.). «Состязательное сотрудничество для критической оценки теорий сознания» . биоRxiv . дои : 10.1101/2023.06.23.546249 .
{{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )