与之前的假设相反，人的新皮层中的神经细胞连接方式与小鼠的不同。一项研究发现，人类神经元在一个方向上通信，而在小鼠中，信号往往在循环中流动。这种区别提升了人类大脑处理信息的效率和能力。此研究的发现也可能推动人工神经网络的发展。这些发现已在《科学》期刊上发表，研究由柏林夏里特大学医学中心的团队进行。研究揭示，人类中，神经元以单一方向进行通信，而在小鼠中，信号往往形成循环。这种神经通信上的差异加强了人类大脑处理信息的效率和能力。这些发现可能对人工神经网络的进步产生影响。
新皮层是人类智力的重要组成部分，厚度不到五毫米。这个大脑区域包含200亿个负责处理感官输入、计划行为和意识贡献的神经元。这些神经元管理如此复杂信息的机制在很大程度上依赖于小鼠等动物的新皮层，这允许不同的信息处理。夏里特大学医学中心神经生理学研究所所长约尔格·盖格教授解释说，我们对新皮层神经结构的先前理解主要基于动物模型的发现。在这些模型中，相邻的神经元以对话的方式相互通信，往往在循环中来回发送信号。然而，人类的新皮层更厚更复杂，允许信息的不同和更复杂的处理。人类大脑的连接复杂且不易理解，但研究人员之前认为其与小鼠相似。然而，由于缺乏数据，这一假设从未得到证实。现在，由盖格领导的夏里特大学医学中心研究团队进行了研究，使用稀有的组织样本和先进技术表明，大脑的连接并不像之前所假设的那样。
为了进行研究，研究人员分析了23位因药物难治性癫痫在夏里特接受神经外科手术的个体的脑组织。在这些手术中，必须去除脑组织以便接触受影响区域。随后，这些组织被用于研究。研究人员开发了一种巧妙的方法来监听大脑中神经元的通信。
患者同意将其病变组织用于研究目的，包括其下方的结构。
为了观察人类新皮层最外层相邻神经元之间传递的信号，研究团队开发了改进版的“多补丁”技术。这一进展使研究人员能够同时监控多达十个神经元之间的通信（有关更多信息，请参阅“关于该方法”）。这使他们能够快速绘制网络图，获取必要的测量数据。“在人类中，信息往往在一个方向上流动，而不是在循环中，”发布第一作者彭扬凡博士解释道。他曾在神经生理学研究所参与该研究，现在位于神经病学与神经科学系。研究人员发现，只有一小部分神经元互相进行双向对话。他们分析了近1170个神经元之间的通信渠道，具有约7200个可能的连接。夏里特研究中心的团队利用基于人类网络结构的计算机模拟，以展示前向信号流在处理数据时的优势。
研究人员测试了人工神经网络在一个常见的机器学习任务：从语音数字的音频录音中识别正确的数字。模仿人类结构的模型在语音识别中的成功率高于小鼠模型的模型。它的效率也更高，以相当于380的代价实现了相同的性能。小鼠模型约有800个神经元，而人类模型只有约150个。人工智能能成为经济模型吗？彭博士表示：“人类的网络结构更有效且更高效，因为独立神经元可以同时处理多个任务。”这意味着局部网络能够容纳更多的信息。目前尚不清楚我们在颞皮层外层的发现是否适用于其他皮层区域，或者它们能多大程度上解释人类的认知能力。在过去，人工智能开发者曾从生物模型中获得灵感。在设计人工神经网络时，研究人员不仅关注生物模型，还独立改进了他们的算法。盖格表示，许多人工神经网络已经利用了前向连接，这被发现对某些任务产生了更好的结果。这些网络原理与人类大脑之间的相似之处令人着迷。理解人类新皮层中成本高效的信息处理可能为提高人工智能网络提供有价值的灵感。
