新火種
2024-11-18 
人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)準(zhǔn)確預(yù)測雄性果蠅求偶行為
新華社倫敦6月4日電 近日在線發(fā)表于英國《自然》雜志的一項新研究說，美國研究人員采用被稱為“敲除訓(xùn)練”的策略，訓(xùn)練出可模擬雄性果蠅視覺神經(jīng)系統(tǒng)的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，能準(zhǔn)確預(yù)測雄性果蠅看到潛在配偶時的行為。
人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是指用機器學(xué)習(xí)模型模擬動物神經(jīng)系統(tǒng)的相關(guān)研究，可以幫助了解真實的神經(jīng)回路如何工作。普林斯頓大學(xué)等機構(gòu)研究人員開發(fā)的這款人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，其單元結(jié)構(gòu)揭示出了雄性果蠅求偶時，從它接收的視覺信息到神經(jīng)元、再到行為的轉(zhuǎn)換機制。
求偶期間，雄性果蠅會根據(jù)雌性的位置和大小等視覺信息采取追逐、振翅等求偶行為。在果蠅視覺神經(jīng)系統(tǒng)中，它接收的視覺信息會通過一組有序排列的“小葉柱狀（LC）神經(jīng)元”從視網(wǎng)膜傳遞到中樞大腦。這組神經(jīng)元如同視網(wǎng)膜和中樞大腦之間的“瓶頸路段”，研究人員希望利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型探索它們?nèi)绾斡绊懶坌怨壍那笈夹袨椤?/p>
與經(jīng)典機器學(xué)習(xí)技術(shù)不同，研究人員使用了一種名為“敲除訓(xùn)練”的策略，即在訓(xùn)練中使特定人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)單元靜默，同時利用基因技術(shù)使已被識別的果蠅LC神經(jīng)元子單元靜默，以驗證人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能否準(zhǔn)確預(yù)測這些基因改造果蠅的行為。通過對多種不同的LC神經(jīng)元子單元重復(fù)該過程，可在人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)單元和果蠅的LC神經(jīng)元子單元之間建立映射關(guān)系。
研究發(fā)現(xiàn)，模擬果蠅的不同LC神經(jīng)元子單元的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)單元以組合的方式編碼關(guān)于潛在配偶的視覺信息，以分布式和冗余的計算方式調(diào)節(jié)雄性果蠅的求偶行為。
《自然》雜志配發(fā)的一篇評論文章說，這項研究展示了如何使用精確、大規(guī)模的神經(jīng)擾動數(shù)據(jù)來提高人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對神經(jīng)回路的解釋能力，并為構(gòu)建解析更復(fù)雜神經(jīng)回路的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型鋪平了道路。（完）
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