在人工智能與神經(jīng)科學(xué)的交叉領(lǐng)域，一項(xiàng)突破性成果引發(fā)學(xué)界關(guān)注。由天津大學(xué)人工智能學(xué)院于強(qiáng)教授領(lǐng)銜的國(guó)際科研團(tuán)隊(duì)，在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)信息處理機(jī)制研究方面取得重要進(jìn)展，其核心發(fā)現(xiàn)聚焦于大腦神經(jīng)元間信息傳遞的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)——突觸的時(shí)空信息處理模式。

人類(lèi)大腦中，超過(guò)860億個(gè)神經(jīng)元通過(guò)突觸形成復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，這些微小結(jié)構(gòu)以電脈沖形式傳遞信息，其工作原理長(zhǎng)期啟發(fā)著人工智能技術(shù)的發(fā)展。研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，突觸具備兩種核心調(diào)節(jié)功能：一種是通過(guò)持續(xù)變化調(diào)整連接強(qiáng)度的"長(zhǎng)期適應(yīng)性"，這種特性被認(rèn)為與記憶形成密切相關(guān)；另一種是在毫秒級(jí)時(shí)間內(nèi)快速調(diào)節(jié)信號(hào)強(qiáng)度的"短期適應(yīng)性"，這種動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)能力對(duì)實(shí)時(shí)信息處理至關(guān)重要。盡管兩種機(jī)制的重要性早已被認(rèn)知，但它們?nèi)绾螀f(xié)同作用影響認(rèn)知功能仍是未解之謎。

通過(guò)構(gòu)建新型計(jì)算模型，科研人員首次證實(shí)當(dāng)長(zhǎng)期適應(yīng)性機(jī)制作用于短期適應(yīng)性過(guò)程時(shí)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)r(shí)間維度上的連續(xù)信息轉(zhuǎn)化為空間分布模式。這種轉(zhuǎn)化機(jī)制顯著提升了系統(tǒng)的記憶存儲(chǔ)容量，使其在處理復(fù)雜時(shí)空信息時(shí)表現(xiàn)出更強(qiáng)的抗干擾能力。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，采用該模型的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在圖像識(shí)別任務(wù)中，準(zhǔn)確率較傳統(tǒng)模型提升27%，且在噪聲干擾環(huán)境下仍能保持穩(wěn)定性能。

研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)小鼠實(shí)驗(yàn)和人類(lèi)腦皮層電生理記錄驗(yàn)證了理論模型的生物合理性。在小鼠迷宮實(shí)驗(yàn)中，具備新型突觸模型的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)成功模擬了動(dòng)物的空間記憶形成過(guò)程；對(duì)人類(lèi)受試者的腦電信號(hào)分析顯示，大腦處理視覺(jué)刺激時(shí)的神經(jīng)活動(dòng)模式與模型預(yù)測(cè)高度吻合。這些發(fā)現(xiàn)為理解認(rèn)知障礙疾病的神經(jīng)機(jī)制提供了新視角，例如阿爾茨海默病患者突觸功能的異常變化可能與這兩種適應(yīng)機(jī)制的失衡有關(guān)。

"這相當(dāng)于破解了大腦處理信息的'協(xié)作算法'。"于強(qiáng)教授用通俗比喻解釋研究意義，"就像交響樂(lè)團(tuán)中不同聲部的默契配合，長(zhǎng)期記憶機(jī)制與實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)機(jī)制的協(xié)同工作，構(gòu)成了大腦高效處理信息的核心密碼。"該成果發(fā)表于國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《美國(guó)科學(xué)院院刊》，評(píng)審專(zhuān)家認(rèn)為這項(xiàng)研究"為開(kāi)發(fā)新一代可解釋人工智能系統(tǒng)提供了關(guān)鍵理論支撐"，其突破性在于首次從計(jì)算原理層面揭示了生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的時(shí)空信息編碼機(jī)制。