Arbetsminnet är vår förmåga att hålla ett begränsat antal minnesobjekt i medvetandet samtidigt och manipulera dessa. Det är en av de mest grundläggande kognitiva processerna och ligger bakom vitt skilda saker såsom planering, läsförståelse och att lösa matematiska problem. Till sin natur är det alltså flexibelt och kan appliceras på en mängd abstrakta eller konkreta minnesobjekt. Det är därför en av de mest studerade kognitiva fenomenen och starkt korrelerad med intelligens och mental flexibilitet.

Arbetsminnesförsämringar är samtidigt en central del av många kognitiva sjukdomar såsom schizofreni, alzheimer och ADHD. Trots en stor mängd forskning och framsteg vet vi dock fortfarande inte hur processer på en neural nivå kan leda fram till den flexibilitet arbetsminnet har.

Hjärnan är ett komplext och tätt återkopplat system. Den består av miljardtals neuroner sammankopplade kors och tvärs, snarare än ett system konstruerat av människor där flödet av information kan följas och förstås genom att betrakta kopplingarna. För att förstå sådana system är simuleringar i datamodeller av stor hjälp och kan ge vitala insikter. Det går att träna artificiella neurala nätverk att hålla och manipulera information på till synes liknande sätt som i den mänskliga hjärnan.

Artificiella neurala nätverk mindre flexibla än hjärnan

Mikael Lundqvist
Mikael Lundqvist

– En avgörande skillnad är dock att dessa artificiella system endast kan utföra uppgiften på objekt de har tränat på, medan människor och andra högre stående primater (men inte exempelvis möss) kan lära sig en uppgift och sen flexibelt applicera den i andra situationer eller på andra objekt, säger Mikael Lundqvist som är forskare vid Psykologiska institutionen, Stockholms universitet.

Denna avgörande flexibilitet ska han nu studera inom forskningsprojektet The Hot-Coal hypothesis of working memory (Hot-Coal WM) när han tilldelas ett ERC Starting Grant på 1,5 miljoner euro. Inom projektet ska han föreslå en ny matematisk modell, Hot-Coal modellen, för hur neurala nätverk skulle kunna implementera flexibilitet.

Denna modell kommer att utvecklas i artificiella nätverk och samtidigt testas i hjärnaktivitet insamlad från både djurmodeller och mänskliga försökspersoner på det nya hjärnavbildningscentret på Stockholms universitet (SUBIC). Experiment och teori kommer att växeldra för att utnyttja fördelarna med de båda tillvägagångssätten.

Om projektet lyckas kan det innebära enorma landvinningar kring förståelsen av vår mentala flexibilitet, hur den bryts ned i kognitiva sjukdomar och hur den kan appliceras i artificiella system för att skapa en flexibel, artificiell intelligens.

Läs mer på erc.europa.eu
 

Läs mer om Lundqvists forskningslabb