GPS SYSTEM

INTERNAL BRAIN GPS SYSTEM.

From quantamagazine

Some scientists believe that the final objectives of the development of Artificial Intelligence (A.I.) -and of robotic brains- never reach the tessitura, sophistication and creativity of human brains. Faced with this challenge, the continuous discoveries in A.I. and neuroscience contradict the previous, indicating that feelings, passions, ideas, memory and all abstract concepts are computable. Thus, in the mentioned fields, it is important to analyze several studies related to navigation and memory made in animals and humans’ brain, performed by notable scientists, some of them winners of the 2014 Nobel Prize in Medicine: John O Keefe (University College/London), May-Britt Moser and Edvard Moser/University of Oslo, Norway) and others. Moreover, Jeff Hawkins (Numenta/University of California), is clearly convinced that these new discoveries will soon be applied to the improvement of A.I., expecting to have in the near future robots with autonomous memory and navigation (to climb, to fly, to walk, to run), systems. We are talking about brain’s codes of network navigation (grid codes), to be implanted in robots, making them more flexible, creative, and powerful. The evidence related to internal brain’s grid codes sustain that these   codify abstract knowledge using spatial representations, similar to how physical spaces are mapped. According to Kim Stachenfeld (Deep Mind), memory and navigation have a physical base located in the hippocampus, being essential the grid codes for both. Grid-codes are a form of spatial brain representation, which helps to navigate through visual, sonic and other areas full of abstract concepts. In this regard, 2 types of cells have been discovered in the hippocampus: a) one related to two-dimensional (2D) space navigation and b) one related to memory. John O'Keefe discovered in rat brains: place cells (position cells/their visible discharges indicate their current specific position), which together create a total spatial map. By changing the experimental rats from place, the place cells perform re-mapping. The hippocampus remaps the area, creating and storing cognitive maps. For their part: May-Britt Moser and Edvard Moser, studied the entorhino cortex, the first to deteriorate (navigation and memory areas), in Alzheimer's disease. For Mosers the grid code is a kind of metric or coordinate system, useful for physical and abstract brain navigation, having been found in humans (using f-MRI), an hexadirectional signal, with properties emanated from grid codes, previously identified in physical navigation tasks. Jacob Bellmund (Max Planck Institute/Leipzig and Kavli Institute for Systems Neuroscience/Norway), believes that unlike place cells, grid cells do not represent particular locations, but a navigation system independent of the location (brain’s GPS). Each grid cell fire in regularly spaced positions forming a hexagonal pattern, of the same size, in which each hexagon has 6 equilateral triangles. Grid cell fire each time the subject reaches the vertex of any of these triangles. There are grid cells with larger or smaller hexagons and together they are able to map any special position of the environment and any particular location. Grid cells are responsible for the call: integration path. The grid network not only sends a lot, but different types of information. György Buzsaki (NY, University School of Medicine), says that the hexagonal system is a solution to represent any structured relationship, from word meaning maps to maps of future plans. In addition, the hippocampus contains place cells that sometimes behave as "time cells" activating in certain situations successive moments of time, rather than successive positions in space. When the rats remain in a constant place, the cells are activated in the hippocampus to trace their temporal progression -in this case- some neurons are activated in the first seconds and others shortly, thereafter, acting the time as a different dimension in this equation; evidence of a codified system that only represents time in the context of memories or experiences. On the other hand, scientists from Princeton University discovered another potential dimension: sound, which monitored brain activity in rats that pushed a lever to change the frequency of one tone to adapt it to another that they had previously heard. The most recent news regarding grid codes, argue that all physical and abstract knowledge can be plotted with these codes. Recently other cells have been identified that help  the grid system: 1) head direction cells that discharge when an animal points its head in a particular direction 2) speed cells that indicate the frequency at which the subjects move in the space 3) boundary cells that represent the location of objects or people on the walls or edges not only of the physical space but also on the edges of separate conceptual events mobilized in temporal sequences. It is known that the grid code is less stable in the elderly, with locations in these people not so efficient. It remains to be seen how grid cells work in flying bats that navigate in 3D. Sure, the future is challenging in this field.

GPS CEREBRAL

Algunos científicos creen que los objetivos finales del desarrollo de la Inteligencia Artificial (A.I.) y -de los cerebros robóticos- nunca alcanzaran la tesitura, sofisticación y creatividad de los cerebros humanos. Frente a este desafío, los continuos descubrimientos   en A.I. y neurociencia contradicen lo anterior, indicando que   sentimientos, pasiones, ideas, la memoria y todo lo abstracto son procesos computables, robotizables. De modo que en los campos mencionados,   importa  analizar  y relacionar prospectivamente diversos estudios relacionados con la navegación y la memoria  cerebral animal y humana,   realizados  por notables científicos, algunos de ellos ganadores del Premio Nobel de Medicina 2014 : John O Keefe (University College/London), May-Britt Moser and Edvard Moser/Universidad de Oslo, Noruega)   y, otros. Es más, Jeff Hawkins (Numenta/University of California), tiene el claro convencimiento de que estos nuevos descubrimientos pronto serán aplicados al mejoramiento de la A.I. Estamos hablando de códigos de navegación en red (grid codes), cerebrales a ser implantados pronto en robots, tornándolos más flexibles, creativos, y poderosos al unificarse las funciones de memoria y navegación. Los estudios referidos avalan la eficiencia cerebral para codificar conocimientos abstractos empleando representaciones espaciales, de forma similar a como se mapean los   espacios físicos. Según      Kim Stachenfeld (Deep Mind), la memoria y la navegación tienen una base física localizada en el hipocampo, siendo los grid codes esenciales para ambas. Los    grid-codes son una forma de representación cerebral espacial, que ayuda a navegar por áreas visuales, sónicas   y otras plenas de conceptos   abstractos. Al respecto se han descubierto    en el hipocampo 2 tipos de células: a) una relacionada con la navegación espacial bidimensional (2D) y b) otra relacionada con la memoria.  John O’Keefe descubrió en cerebros de ratas: place cells (células de posición/descargas visibles indican su posición especifica actual), las que juntas crean un mapa espacial total. Al cambiar las ratas de experimentación de lugar, sus place cells realizan   re-mapeo. El hipocampo remapea el área, creando y almacenando mapas cognitivos.  Por su lado:  May-Britt Moser y Edvard Moser, estudiaron el córtex entorrino, el primero en deteriorarse (áreas de    navegación y   memoria), en la enfermedad de Alzheimer. Para los Mosers el código grid es una especie de sistema métrico o de coordenadas, útil para la navegación cerebral física y abstracta, habiéndose encontrado en monos: mezclas de    navegación activa del espacio visual y, en humanos (mediante f(MRI), una señal hexadirectional, con propiedades emanadas de   códigos grid, previamente identificados en tareas de navegación física. Jacob Bellmund (Max Planck Institute/Leipzig y The Kavli Institute for Systems Neuroscience/Norway), opina que a diferencia de las place cells, las grid cells no representan localizaciones particulares; sino un sistema de navegación independiente de la localización (GPS cerebral) Cada célula grid descarga en posiciones regularmente espaciadas formando un patrón hexagonal, del mismo tamaño, en el que cada hexágono tiene 6 triángulos equiláteros.  A medida que uno camina, una célula grid descarga cada vez que el sujeto   alcanza el vértice de cualquiera de estos triángulos.  Existen conjuntos de grid cells con hexágonos más grandes o pequeños y juntas son capaces de   mapear cualquier posición especial del medio ambiente y cualquier localización particular.  las células grid son las responsables de la llamada: vía de integración.    La red grid, no solo envía mucha, sino diferentes tipos de información. György Buzsaki (NY, University School of Medicine), dice que el sistema hexagonal es una solución para representar cualquier relación estructurada, desde mapas de significados de palabras hasta mapas de planes futuros. Además, el   hipocampo   contiene   place cells que a veces se comportan como “time cells” activándose en ciertas situaciones   indicando momentos sucesivos del tiempo, más que posiciones sucesivas en el espacio). Cuando las ratas permanecen en un lugar en forma constante, las células se activan en el hipocampo para trazar su progresión temporal: algunas neuronas se activan en los primeros segundos y otras poco después, actuando el tiempo como una dimensión diferente en esta ecuación; evidencia de un sistema codificado que únicamente representa al tiempo en el contexto de memorias o experiencias.  De otro lado, en la   Princeton University se descubrió otra dimensión potencial: el sonido, que monitoreaba la actividad cerebral en ratas que empujaban una palanca para cambiar la frecuencia de un tono para adecuarlo a otro   que ellas habían escuchado previamente. Las noticias más recientes respecto a los códigos grid, sostienen que todo el conocimiento físico y abstracto, puede ser ploteado con estos códigos.  Recientemente se han identificado otras células  que ayudan en el sistema grid:  1) las  células head direction   que descargan cuando un animal apunta su cabeza  en una dirección  particular 2) las  células speed que  que indican  la frecuencia a la cual se mueven los sujetos en el   espacio 3) las   células boundary que representan la  localización  de objetos o personas en   las paredes o bordes no solo del  espacio físico  sino también en los bordes de eventos conceptuales separados movilizándose en secuencias temporales.  Aunque faltan estudiar funciones adicionales de este sistema, se sabe que el código grid es menos estable en ancianos, con localizaciones en estas personas no tan eficientes.  Queda por ver como trabajarían las grid cells en murciélagos volando, que navegan en 3D.