北京
人類單個皮層神經元計算能力堪比深度網絡，挑戰智力僅靠數量傳統。這種單細胞復雜性或解釋人類獨特認知，并啟發智能設計。關注詳情。
閱讀文摘
人類為何能擁有語言、想象、數學和發明等高級認知能力？長久以來，主流解釋聚焦于宏觀尺度，大腦中近千億個神經元及其錯綜復雜的連接網絡。
然而，一項發表于《美國國家科學院院刊》的新研究提出，答案或許藏在更微觀的層面：單個神經元的計算能力。傳統上，科學家認為單個神經元只是簡單整合輸入，但是新研究顛覆了這一看法。
研究人員開發了一種創新評估方法。他們利用最先進的人工神經網絡去學習和模擬單個真實神經元的輸入輸出行為，如果模擬難度越高，說明該神經元的計算復雜度越強。
具體而言，他們構建了一個“孿生”深度網絡，試圖復制神經元對輸入信號的反應函數；若需要更多層和節點才能擬合，則代表該神經元功能更復雜。令人驚訝的是，人類皮層神經元憑借其高度分支的樹突結構和獨特的電生理特性，能夠對傳入信息（例如區分貓和狗的視覺圖像）執行極為復雜的非線性運算。
其計算能力竟堪比一個完整的深度神經網絡，遠非人們常說的簡單“開/關”開關。研究還對比了其他哺乳動物，發現人類神經元的復雜度顯著超越它們。這種強大計算力可能源于人類神經元特有的樹突形態和離子通道分布。
這一發現直接顛覆了“智力主要取決于神經元數量”的傳統觀念，表明大腦的基本構件本身即具有強大的信息處理能力，單細胞層面的復雜性很可能在人類認知進化中扮演了關鍵角色。
研究團隊表示，這項工作不僅為理解思維、學習和認知提供了系統的定量框架，還為人腦啟發的人工智能指明了新方向。當前最先進的機器學習系統依賴高度簡化的計算單元，而未來或可設計出更接近生物神經元、具備深度計算能力的類腦芯片。
該研究的核心創新在于，他們不再將神經元視為線性累加器，而是認識到樹突棘和突觸的時空整合方式賦予單細胞以深度計算能力。這種能力使得人類神經元能處理高維信息，從而支持抽象思維和創造性。
研究指出：人們常把神經元當作開關，但是我們顯示單個神經元本身就是極其復雜的計算設備。這項成果為揭開大腦如何產生思想這一終極謎題邁出了重要一步，也為未來腦疾病治療和新型AI架構提供了全新視角。研究者計劃進一步探索不同腦區神經元的計算差異，以更全面地繪制人類認知圖譜。
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