In het verleden werd algemeen aangenomen dat de verbazingwekkende intelligentie van het menselijk brein voornamelijk te danken was aan het grote aantal neuronen en ingewikkelde intercellulaire verbindingen. Uit een recente studie gepubliceerd in de Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) blijkt echter dat de wortel van de buitengewone cognitieve vermogens van de mens niet alleen op macroscopische schaal ligt, maar ook in de onvoorstelbare rekenkracht van een enkel neuron zelf.
Het onderzoek werd geleid door professoren Idan Segev en Mickey London van de Hebreeuwse Universiteit van Jeruzalem, in samenwerking met promovendi Ido Aizenbud en Daniela Yoeli van het Edmund en Lily Safra Brain Science Center (ELSC), en professor Chris de Kock van de Vrije Universiteit Amsterdam.
De wetenschappelijke gemeenschap is er lange tijd aan gewend geweest het neuron te reduceren tot een eenvoudige schakelaar, die alleen verantwoordelijk is voor het ontvangen van signalen en het beslissen of er elektrische signalen moeten worden verzonden. Maar uit het laatste onderzoek is gebleken dat één enkel neuron in de menselijke hersenschors (de buitenste structuur die verantwoordelijk is voor het denken op hoog niveau) eigenlijk een zeer complexe miniatuurinformatieverwerkingseenheid is. Ze kunnen niet alleen signalen verzamelen, maar de invoerinformatie ook fijn combineren en verwerken via uiterst complexe interne mechanismen. Hun eencellige verwerkingscapaciteiten kunnen zelfs wedijveren met diepe kunstmatige neurale netwerken.
Om de computationele complexiteit van verschillende zoogdierneuronen eerlijk te meten, gebruikte het onderzoeksteam kunstmatige intelligentie en computermodelleringstechnieken om een digitale 'imitator' te bouwen. Ze testten hoe diep een kunstmatig neuraal netwerk moet gaan om de relatie tussen ingangssignalen en uitgangsreacties van biologische neuronen nauwkeurig te reproduceren. Uit onderzoek is gebleken dat hoe complexer biologische cellen zijn, hoe dieper het vereiste niveau van kunstmatige netwerken is, en dat neuronen in de menselijke hersenschors altijd complexere kunstmatige netwerken nodig hebben om te imiteren.
De onderzoekers wezen erop dat dit enorme voordeel van menselijke neuronen voornamelijk te danken is aan hun rijke dendritische boomtakstructuur en unieke elektrofysiologische eigenschappen. Deze unieke fysieke structuren stellen neuronen in staat om niet alleen eenvoudigweg invoersignalen toe te voegen, maar ook om diepgaande analyses en verwerking van complexe informatiecombinaties uit te voeren. Deze ontdekking ondermijnt de traditionele cognitie en laat zien dat het menselijke geavanceerde denken, de taal, de verbeeldingskracht en de creativiteit mogelijk zijn begonnen met complexe berekeningen binnen één enkel neuron.
Bovendien zal het nieuwe computerraamwerk dat door dit onderzoek tot stand is gekomen, wetenschappers niet alleen helpen de cellulaire mechanismen van het menselijk denken en leren verder te onthullen, maar zal het ook een diepgaande impact hebben op de ontwikkeling van een nieuwe generatie hersenachtige kunstmatige intelligentie. Toekomstige kunstmatige-intelligentiesystemen zullen wellicht niet langer afhankelijk zijn van het simpelweg stapelen van lagen van eenvoudige eenheden, maar kunnen een nieuw pad openen dichter bij het biologische zenuwstelsel door complexe rekeneenheden te introduceren met sterkere individuele verwerkingsmogelijkheden.