[論文レビュー] Where is the mind within the brain? Transient selection of subnetworks by metabotropic receptors and G protein-gated ion channels

Danko Nikolić|arXiv (Cornell University)|Jul 11, 2022

Photoreceptor and optogenetics research被引用数 20

ひとこと要約

論文は、metabotropic receptors と G protein-gated ion channels が、脳のサブネットワークを一時的に選択することによって心的操作を蓄え・実行する、シナプス結合とネットワーク計算に主に依存する代替パラダイムを提案する。

ABSTRACT

Perhaps the most important question posed by brain research is: How the brain gives rise to the mind. To answer this question, we have primarily relied on the connectionist paradigm: The brain's entire knowledge and thinking skills are thought to be stored in the connections; and the mental operations are executed by network computations. I propose here an alternative paradigm: Our knowledge and skills are stored in metabotropic receptors (MRs) and the G protein-gated ion channels (GPGICs). Here, mental operations are assumed to be executed by the functions of MRs and GPGICs. As GPGICs have the capacity to close or open branches of dendritic trees and axon terminals, their states transiently re-route neural activity throughout the nervous system. First, MRs detect ligands that signal the need to activate GPGICs. Next, GPGICs transiently selects a subnetwork within the brain. The process of selecting this new subnetwork is what constitutes a mental operation -- be it in a form of directed attention, perception of a grandmother or making a decision. Synaptic connections and network computations play only a secondary role, supporting MRs and GPGICs. According to this new paradigm, the mind emerges within the brain as the function of MRs and GPGICs whose primary function is to continually select the pathways over which neural activity will be allowed to pass. It is argued that MRs and GPGICs solve the scaling problem of intelligence from which the connectionism paradigm suffers.

研究の動機と目的

• 脳内で心が生じる alternativ なパラダイムを、MRs と GPGICs を中心として提案する。
• 心的操作が神経サブネットワークの一時的な選択によって実行されると主張する。
• シナプス結合とネットワーク計算が二次的な補助的役割を果たすことを示唆する。

提案手法

• リガンドがmetabotropic receptors を活性化させ、GPGICs を関与させる必要性を signaling する mechanism を説明する。
• GPGICs が樹状突起や軸索のブランチを一時的に開閉して活動を再ルーティングできることを説明する。
• subnetwork selection が attention や decision making などの心的操作を構成すると提案する。
• 心はネットワーク計算だけではなく、MRs と GPGICs の機能から出現すると主張する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 metabotropic receptors と G protein-gated ion channels がBrain subnetworks の一時的な選択を通じて心的操作を説明できるか。
• RQ2 GPGICs によるサブネットワーク選択は attention、perception、decision making などの過程とどのように関連するか。
• RQ3 結合主義的アプローチでは解決されない知性のスケーリング問題に対して、MRs と GPGICs を重視するアプローチは有効か。

主な発見

• 心は MRs と GPGICs の機能から生じると仮定され、それらは連続的に活動経路を選択する。
• GPGICs は樹状突起のブランチを開閉して神経活動を動的にルーティングできると described される。
• 心的操作はシナプス配線だけではなく、サブネットワーク選択に結びつけられる。
• 提案されたパラダイムは、代謝シグナル伝達成分を認知過程の第一生成因子として位置づける。