Muistin hinta: miten organismit tasapainottavat ajattelua ja aistimista

Menneisyyden muistaminen voi auttaa eläviä organismeja tekemään parempia päätöksiä, mutta muistamisella on hintansa. Olipa kyseessä sitten eläin, joka etsii ruokaa, tai yksittäinen solu, joka reagoi ympäristöönsä, tiedon tallentaminen ja käyttäminen vaatii energiaa ja resursseja. Milloin siis muisti on vaivan arvoista?

Äskettäin Physical Review Letters -lehdessä julkaistussa artikkelissa Tokion yliopiston ja RIKENin tutkijat ovat kehittäneet uuden matemaattisen teorian, joka vastaa tähän kysymykseen.

Tulokset ovat korostaneet, että käytettävissä olevien resurssien määrä ratkaisi, luottiko organismi muistiinsa vai tekikö se päätöksiä pelkästään senhetkisen aistihavainnoinnin perusteella.

Tutkijat loivat yksinkertaistetun mallin simuloidakseen arviointistrategioita, joita organismi käyttää prosessoidessaan tapahtumia muuttuvassa ympäristössä. Tätä varten organismin annettiin käyttää sekä nykyisiä aistihavaintoja että aiempien havaintojen muistoja. Koska muistin ylläpitäminen kuitenkin maksaa, jouduttiin tekemään kompromissi tarkkuuden ja resurssien käytön välillä.

”Tämä kompromissi voi johtaa yllättävän dramaattiseen käyttäytymiseen”, sanoo tutkimuksen pääkirjoittaja Takehiro Tottori. ”Kun resursseja on niukasti, paras strategia on jättää muisti huomiotta ja reagoida vain ajankohtaiseen tietoon. Mutta kun resursseja on riittävästi saatavilla, muistamisesta tulee yhtäkkiä kannattavaa, mikä aiheuttaa äkillisen siirtymisen muistipohjaiseen strategiaan.”

Tutkimus paljasti myös, että muisti on hyödyllisintä silloin, kun aistitieto on kohtalaisen epävarmaa. Jos ympäristöstä tuleva tieto on hyvin selkeää, muistista ei ole juurikaan lisähyötyä. Samoin, jos tieto on liian kohinaista ja epäluotettavaa, sen tallentamisesta ei ole paljon apua. Näiden ääripäiden välillä menneisyyden muistaminen voi kuitenkin parantaa suorituskykyä merkittävästi.

”Nämä tulokset auttavat selittämään, miksi organismit eivät aina käytä muistia, vaikka se periaatteessa voisi parantaa niiden päätöksiä”, selittää vanhempi kirjoittaja Tetsuya J. Kobayashi. ”Muistin hyödyllisyys riippuu paitsi käytettävissä olevista resursseista myös ympäristön epävarmuudesta.”

Tutkimusryhmä totesi, että heidän johtopäätöksensä olivat yhdenmukaisia viimeaikaisten käyttäytymiskokeiden kanssa, jotka myös viittasivat siihen, että ihmiset säätävät muistin käyttöä resurssien saatavuuden ja aistihavaintojen epävarmuuden mukaan. Näin ollen viitekehys tarjoaa teoreettisen selityksen sille, miksi näitä muutoksia tapahtuu.

Eri tasoilla on olemassa monenlaisia biologisia tiedonkäsittelyjärjestelmiä, ja jokainen niistä vaatii vaihtelevia muistikapasiteetin tasoja. Tulokset tarjoavat siis teoreettisen perustan selitykselle siitä, miten muistia kuluttavat mutta hienostuneet biologiset laskentajärjestelmät, kuten aivot, ovat syntyneet evoluution kautta. Muistaa vai olla muistamatta: tämä saattaa olla evoluution kysymys biologisen laskennan monimuotoisuuden taustalla.

Aiheesta aiemmin:

Robotiikka etsii malleja elämästä

Ajattelevia ja synaptisia pehmorakenteita