Wyobraźmy sobie, że hipokamp – niewielki obszar mózgu odpowiedzialny za pamięć i orientację przestrzenną – nagle zyskuje supermoc. Naukowcy odkryli, że w określonych warunkach w sieciach neuronowych dochodzi do prawdziwego geometrycznego przejścia fazowego, po którym pojemność pamięci wzrasta dziesięciokrotnie (a według modeli nawet setki razy).
Klasyczne teorie pamięci asocjacyjnej od dawna zakładały, że liczba wspomnień jest wprost proporcjonalna do liczby neuronów i synaps. Przyjmowano, że powyżej pewnej granicy po prostu nie da się wyjść. Nowe modelowanie dowodzi jednak, że to tylko część prawdy. Kluczową rolę odgrywa nie tylko sama liczba połączeń, lecz sposób ich przestrzennej organizacji – ich geometria oraz topologia.
Zgodnie z danymi z najnowszego preprintu, po osiągnięciu krytycznej „gęstości” i odpowiedniej organizacji połączeń sieć neuronowa nagle przechodzi w zupełnie nowy stan. Z chaotycznej „mgły”, w której wspomnienia nieustannie na siebie oddziałują, struktura ta zmienia się w klarowny układ przypominający kryształ. W rezultacie mózg zyskuje zdolność do przechowywania ogromnej liczby niezależnych wzorców niemal bez wzajemnych zakłóceń.
Zjawisko to przypomina procesy zachodzące w materii podczas przejść fazowych, gdy woda zamienia się w lód, a zwykły metal staje się nadprzewodnikiem. W tym przypadku jednak „zamrożeniu” i uporządkowaniu ulega geometria aktywności neuronów, co sprawia, że – o dziwo – pamięć zyskuje ekstremalną pojemność.
Jeśli te odkrycia zostaną potwierdzone w realnych eksperymentach na tkance mózgowej, będziemy musieli gruntownie zweryfikować podręczniki nauki. Teorie kodowania predykcyjnego (dotyczące „przewidującego mózgu”) zyskają potężne wsparcie: im więcej niezależnych wspomnień system potrafi przechować, tym dokładniej buduje on model świata i tym rzadziej popełnia błędy.
W perspektywie długofalowej odkrycie to ma kluczowe znaczenie w dwóch obszarach. W medycynie otworzy ono nowe ścieżki w badaniach nad chorobą Alzheimera, zespołem stresu pourazowego (PTSD) oraz innymi schorzeniami związanymi z pamięcią. W dziedzinie sztucznej inteligencji podpowie natomiast, jak budować systemy, które lepiej utrzymują kontekst i sprawniej operują na gigantycznych zbiorach danych.
Okazuje się zatem, że mózg jest znacznie sprytniejszy i bardziej elastyczny, niż przypuszczaliśmy. Czasami do gwałtownego skoku możliwości nie potrzeba surowej siły w postaci milionów nowych neuronów, lecz odpowiedniej geometrii. Natura, jak to ma w zwyczaju, znalazła niezwykle eleganckie rozwiązanie.
