[논문 리뷰] Concerning the Neural Code

Christoph von der Malsburg|arXiv (Cornell University)|2018. 11. 03.

Neural dynamics and brain function참고 문헌 25인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 신경 코드가 자가조직화되고 구조화된 네트워크 조각들로 이루어져 있으며, 이들은 정신 상태를 나타내는 동적이고 자기일관된 네트워크를 형성한다고 제안한다. 이러한 네트워크는 감각 자극에 의해 자가조직화되며, 신호 경로와 추론 체인 간의 일관성을 유지함으로써 인지, 기억, 인지 기능을 가능하게 한다.

ABSTRACT

The central problem with understanding brain and mind is the neural code issue: understanding the matter of our brain as basis for the phenomena of our mind. The richness with which our mind represents our environment, the parsimony of genetic data, the tremendous efficiency with which the brain learns from scant sensory input and the creativity with which our mind constructs mental worlds all speak in favor of mind as an emergent phenomenon. This raises the further issue of how the neural code supports these processes of organization. The central point of this communication is that the neural code has the form of structured net fragments that are formed by network self-organization, activate and de-activate on the functional time scale, and spontaneously combine to form larger nets with the same basic structure.

연구 동기 및 목표

• 뇌와 마음의 문제를 해결하기 위해 뇌와 마음의 기능 원리가 공통되는 기반을 규명한다.
• 희소한 감각 입력으로부터 뇌가 어떻게 풍부한 정신적 표현을 생성하는지를 자가조직화된 신경망을 통해 설명한다.
• 네트워크의 구조와 역학적 특성에 기반해 신경 코드, 기억, 학습 메커니즘의 본질을 명확히 한다.
• 의식과 정신적 구성이 자기일관된 신경망 상태의 기댓값으로서 어떻게 나타나는지를 이해할 수 있는 프레임워크를 제공한다.

제안 방법

• 뇌의 기능 상태를 활성 뉴런과 연결의 자기일관된 네트워크로 모델링하며, 논리적 증명 체계에 유사하다.
• 기억이 자가조직화 과정을 통해 형성된 지속적인 연결 패턴인 구조적 네트워크 조각의 오버레이로 저장된다고 제안한다.
• 감각 자극이 네트워크의 자가조직화를 이끌며, 다양한 신호 경로 간의 일관성을 선호한다고 제안한다.
• 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 출생 전후에 동시에 투영 경로와 개체 모델이 어떻게 기능적으로 나타나는지를 보여준다.
• 활성 뉴런을 기본 논리적 명제로, 활성 연결을 추론 규칙로 간주하여 추론의 일관된 웹을 형성한다.
• 홈오모르피즘 개념을 적용하여 장면 내에서 문맥 유사한 네트워크 조각을 식별함으로써, 문맥 기반 행동과 학습을 가능하게 한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 희소한 감각 입력으로부터 뇌는 어떻게 현실과 상상의 풍부하고 일관된 표현을 생성하는가?
• RQ2 신경망 자가조직화가 신경 코드와 정신 상태를 형성하는 데 기여하는 기능적 역할은 무엇인가?
• RQ3 기억 흔적은 네트워크의 구조 수준에서 어떻게 형성되고 저장되는가?
• RQ4 변화하는 환경에서 인지, 예측, 행동 간의 일관성을 확보하는 메커니즘은 무엇인가?
• RQ5 의식과 정신적 구성은 어떻게 자기일관된 신경망 역학의 산물로 나타나는가?

주요 결과

• 신경 코드는 자기일관된 네트워크 조각으로 구성되어 있으며, 이는 功能적 시간 스케일에서 동적으로 형성되고 활성화되며 비활성화된다.
• 기억은 고립된 시냅스가 아니라, 저장된 연결 패턴을 나타내는 구조적 네트워크 조각의 오버레이로 저장된다.
• 감각 자극에 의해 자극되고 일관성을 선호하는 자가조직화가 기억과 정신 내용을 형성하는 핵심 메커니즘이다.
• 활성 신경망은 뉴런이 명제를, 연결이 추론 규칙을 나타내는 논리 체계로 간주될 수 있다.
• 감각 자극과 내부 예측 간의 일관성이 인지적 자신감과 인지적 현실주의의 기초가 된다.
• 유전적으로 사전에 연결된 네트워크 조각이 홈오모르피즘을 통해 환경적 특징과 매칭되며, 학습을 통해 정교화되어 문맥 기반 행동이 발생한다.