[논문 리뷰] 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)|2022. 07. 11.

Photoreceptor and optogenetics research인용 수 20

한 줄 요약

이 논문은 시냅스 연결과 네트워크 계산에 주로 의존하기보다는 뇌의 하위 네트워크를 일시적으로 선택함으로써 정신 작용을 저장하고 실행하는 대체 패러다임을 제시한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 뇌에서 마음이 형성되는 방식에 대해 MRs와 GPGICs를 중심으로 한 대안적 패러다임을 제시한다.
• 정신 작용이 뇌의 신경 서브네트워크의 일시적 선택에 의해 실행된다고 주장한다.
• 시냅스 연결과 네트워크 계산이 2차 보조 역할을 한다고 제시한다.

제안 방법

• 리간드가 메타보트로픽 수용체들을 활성화시켜 GPGICs의 작용 필요성을 신호로 전달하는 메커니즘을 기술한다.
• GPGICs가 가지를 열고 닫아 신경 활동의 경로를 일시적으로 재배선할 수 있는 방법을 설명한다.
• 서브네트워크 선택이 주의나 의사결정과 같은 정신 작용을 구성한다고 가정한다.
• 뇌가 네트워크 계산만으로부터가 아니라 MRs와 GPGICs의 기능으로부터 나타난다고 주장한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 메타보토릭 수용체와 G 단백질-게이트 이온 채널이 뇌의 서브네트워크를 일시적으로 선택함으로써 정신 작용을 설명할 수 있는가?
• RQ2 GPGICs에 의한 서브네트워크 선택이 주의, 지각, 의사결정과 같은 과정과 어떤 관련이 있는가?
• RQ3 MRs와 GPGICs에 초점을 맞추는 것이 연결주의 접근으로 해결되지 않는 지능의 규모 확장 문제를 다루는가?

주요 결과

• 정신은 MRs와 GPGICs의 기능으로부터 지속적으로 활동 경로를 선택하는 방식으로 나타난다고 가정된다.
• GPGICs는 가지를 열고 닫아 신경 활동을 역동적으로 경로화할 수 있는 것으로 설명된다.
• 정신 작용은 시냅스 배선만과 연관되기보다는 서브네트워크 선택과 연관되어 있다.
• 제안된 패러다임은 대사 신호 전달 구성요소를 인지 과정의 주요 구동력으로 제시한다.