FYI.

This story is over 5 years old.

Διασκέδαση

Τι Mπορούμε να Mάθουμε Προγραμματίζοντας έναν Υπολογιστή να Είναι Αυτιστικός

Νευροεπιστήμονες από το πανεπιστήμιο Baylor προγραμμάτισαν με επιτυχία ένα τεχνητό νευρωνικό δίκτυο ώστε να παρουσιάζει αυτιστική συμπεριφορά.
Michael Byrne
Κείμενο Michael Byrne
31.7.15

Νευροεπιστήμονες από το πανεπιστήμιο Baylor προγραμμάτισαν με επιτυχία ένα τεχνητό νευρωνικό δίκτυο ώστε να παρουσιάζει αυτιστική συμπεριφορά. Με αυτό τον τρόπο, δείχνουν πώς μια διατυπωμένη κοινά αποδεκτή θεωρία για τη ρίζα του αυτισμού –που σχετίζεται με μια έννοια, γνωστή ως διχαστική εξομάλυνση– στον εγκέφαλο, οδηγεί σε συγκεκριμένες συμπτωματικές εκδηλώσεις της διαταραχής.

Μια από τις βασικές υποθέσεις του αυτισμού είναι ότι η διαταραχή σχετίζεται με μια νευροφυσιολογική ανισορροπία διέγερσης-αναστολής (Ε/Ι). Ένας αυτιστικός εγκέφαλος είναι γενικά σε υπερδιέγερση.

ΔΙΑΦΗΜΙΣΗ

Όλο το E/I σύστημα λειτουργεί με αυτό τον τρόπο. Νευρώνες στον εγκέφαλο λειτουργούν ως πύλες, λαμβάνοντας συνεχώς διεγερτικά σήματα από άλλους νευρώνες, τα οποία μεταδίδονται στο επόμενο κύτταρο στη σειρά εάν επιτευχθεί η λήψη περισσότερων διεγερτικών από ότι ανασταλτικών σημάτων, που επίσης μεταδίδονται στο εν λόγω κύτταρο/πύλη. Ανασταλτικά σήματα αναλαμβάνουν την άνοιγμα ή και το κλείσιμο αυτής της πύλης, κάνοντας ευκολότερο ή δυσκολότερο το πέρασμα ενός διεγερτικού σήματος. Κάτω από ένα ορισμένο όριο, τα διεγερτικά σήματα παρακρατούνται. Η όλη διαδικασία είναι πολύ τακτοποιημένη.

Η λειτουργία εξισορρόπησης Ε/Ι δρα ως ενός είδους φίλτρο. Όπως σε κάθε ηλεκτρικό ή ηλεκτρο-χημικό σύστημα υπάρχει ένας θόρυβος βάθους που για να λειτουργεί σωστά ο εγκέφαλος, πρέπει να φιλτράρεται από τα κυκλώματα του. Με την ύπαρξη μιας ανασταλτικής πύλης, ο νευρώνας θα στείλει μόνο ένα μήνυμα επαρκούς αντοχής, που συνήθως είναι πολύ μεγαλύτερη από οποιονδήποτε θόρυβο βάθους ο οποίος ίσως είναι παρόν. Έτσι, το σύστημα Ε/Ι διασφαλίζει πως μόνο τα σήματα που έχουν νόημα μεταδίδονται από νευρώνα σε νευρώνα. Σε εκείνους που πάσχουν από αυτισμό, το θέμα είναι ότι αυτή η ισορροπία είναι απενεργοποιημένη.

Το αποτέλεσμα είναι ότι ο αυτιστικός εγκέφαλος είναι σε κατάσταση συνεχούς διέγερσης. Υπάρχουν κάποια σωματικά αποδεικτικά στοιχεία για αυτό στον αυξημένο αριθμό των επιληπτικών κρίσεων -που συνδέονται στενά με την υπερδιέγερση στον εγκέφαλο- στους αυτιστικούς ασθενείς, ωστόσο παραμένει μια δύσκολη να αποδειχθεί υπόθεση. Αυτή η δυσκολία έχει να κάνει με την έλλειψη σαφών συνδέσεων μεταξύ των ανισορροπιών Ι/Ε και των πραγματικών υπαρχόντων συμπτωμάτων του αυτισμού. Και εδώ είναι που έρχονται τα τεχνητά νευρωνικά δίκτυα, ως ένας τρόπος προσομοίωσης αυτής της ανισορροπίας με στόχο να την παρακολουθήσουμε έως τα πιθανές συμπτωματικές εκφράσεις της.

«Εδώ, λέμε ότι η συμπτωματολογία του αυτισμού αντανακλά μεταβολές στο νευρωνικό υπολογισμό» αναφέρουν οι νευροεπιστήμονες του Baylor στο άρθρο τους στην επιθεώρηση Proceedings of the National Academy of Sciences. «Χρησιμοποιώντας προσομοιώσεις νευρωνικών δικτύων, δείχνουμε ότι η μείωση στο ποσοστό της αναστολής που συμβαίνει μέσω ενός υπολογισμού το οποίο ονομάζεται διχαστική εξομάλυνση μπορεί να ευθύνεται για τις συνεχείς συνέπειες που αποδίδονται στον αυτισμό καθώς επίσης και για τις προτεινόμενες αλλαγές στο βαθμό που οι παλιότερες εμπειρίες επηρεάζουν την ερμηνεία της τρέχουσας αισθητηριακής πληροφορίας στα άτομα που πάσχουν από τη διαταραχή».

ΔΙΑΦΗΜΙΣΗ

«Οι προσομοιώσεις εδραιώνουν περαιτέρω τη σχέση μεταξύ της διχαστικής εξομάλυνσης και των θεωριών υψηλού επιπέδου σχετικά με το πώς ο αυτισμός μπορεί να μεταβάλει την επίδραση μιας παλιότερης εμπειρίας στην ερμηνεία της τρέχουσας αισθητηριακής πληροφορίας» συνεχίζουν.

Αξίζει να επεκταθούμε για λίγο στην έννοια της διχαστικής εξομάλυνσης. Είναι ένας υπολογισμός που παίρνει τη δραστηριότητα ενός μεμονωμένου νευρώνα και τη διαιρεί με τη μέση δραστηριότητα των νευρώνων στο γενικό σύμπλεγμά του. Η εξομάλυνση εξακολουθεί να είναι ένα είδος νέας ιδέας, αλλά πιστεύεται ότι εμπλέκεται στη δραστηριότητα σηματοδότησης σε όλο τον εγκέφαλο, ιδιαιτέρως όταν πρόκειται για αισθητηριακές πληροφορίες. Βασικά, είναι ένας απλός τρόπος να πάρεις μια μεγάλη χωματερή δεδομένων και από αυτή να φιλτράρεις τα γεμάτα νόημα ή τα «ιδανικά» μηνύματα. Εάν μπορούμε να καθορίσουμε τον μέσο θόρυβο βάθους ενός συγκεκριμένου καναλιού, τότε μπορούμε πιο εύκολα να καθορίσουμε ποια σήματα έχουν νόημα. Αυτό είναι η βασική θεωρία της πληροφορίας.

«Συγκεκριμένα, η συμπτωματολογία τύπου αυτισμού εμφανίζεται στο μοντέλο όταν η επίδραση του πληθυσμού στη δραστηριότητα των μεμονωμένων νευρώνων μειώνεται, καθιστώντας κατ'ουσίαν τους νευρώνες λιγότερο 'κοινωνικούς'» γράφουν οι νευροεπιστήμονες. Επιπλέον η διχαστική εξομάλυνση μπορεί να ευθύνεται για τη συνολική ποικιλομορφία των φαινοτύπων αυτισμού ή για το πώς η διαταραχή εκφράζεται στην πραγματικότητα.

Ενώ οι προσομοιώσεις που διεξήγαγε η ομάδα του Baylor παρέχουν μερικές ισχυρές αποδείξεις για μία (από τις πολλές) υποθέσεις αυτισμού, οι ερευνητές σημειώνουν ότι μπορεί να είναι το γενικό πειραματικό πλαίσιο που αναπτύχθηκε εδώ το οποίο καταλήγει να είναι το πιο σημαντικό αποτέλεσμα, με δεδομένη τη δυσκολία επινόησης παραποιήσιμων συμπερασμάτων που συνδέονται με τον αυτισμό και άλλες διαταραχές.

«Το υπολογιστικό πλαίσιο που περιγράφεται σε αυτή τη μελέτη παρέχει μια τυπολογία για να ερευνηθεί πώς οι μεταβολές στο νευρωνικό υπολογισμό μπορεί να αυξήσουν τη συμπτωματολογία του αυτισμού» καταλήγει η ομάδα του Baylor.

«Οι προσαρμογές αυτής της προσέγγισης μπορεί να παράσχουν γνώσεις για άλλες διαταραχές ψυχικής υγείας όπως είναι η σχιζοφρένεια και ίσως κάποιες πτυχές της γήρανσης. Τα αποτελέσματα των προσομοιώσεών μας δείχνουν περαιτέρω ότι οι συμπεριφορικές αναλύσεις συνδυασμένες με υπολογιστικά μοντέλα μπορεί να είναι χρήσιμες για τον ταυτοποίηση σωματικών μεταβολών σε άτομα και άρα για τη διευκόλυνση της ανάπτυξης εξατομικευμένων σχεδίων θεραπείας».

Ακολουθήστε το VICE στο Twitter, Facebook και Instagram.