Per osservazioni basate su dati sensoriali, il cervello umano deve verificare costantemente quale "versione" della realtà è alla base della percezione. La risposta è ricavata dalle distribuzioni di probabilità memorizzate nella stessa rete di cellule nervose. I neuroni sono in grado di rilevare modelli che riflettono la conoscenza acquisita. Applicando metodi matematici, fisici dell'Università di Heidelberg e ricercatori dell'Università di tecnologia di Graz hanno dimostrato questo fenomeno nelle loro indagini. Gli attuali risultati della ricerca, pubblicato sulla rivista Revisione fisica E , sono di grande importanza nello sviluppo di nuovi tipi di sistemi informatici.

Una delle funzioni più importanti del nostro cervello è creare un modello interno del nostro ambiente. Ci sono due categorie di informazioni disponibili a questo scopo:la conoscenza acquisita sugli oggetti conosciuti e un flusso costante di dati sensoriali che possono essere confrontati e continuamente aggiunti alla conoscenza esistente. Questi dati sensoriali sono i più semplici, elementi costitutivi della percezione "direttamente" disponibili. Però, le osservazioni che si basano su dati sensoriali sono spesso compatibili con più "realtà" contemporaneamente, come dimostra chiaramente il fenomeno delle illusioni ottiche. Il cervello si trova quindi di fronte alla sfida di conoscere tutte le possibili versioni della realtà sottostante. Per fare questa determinazione, il cervello salta avanti e indietro tra queste versioni della realtà, campionare una distribuzione di probabilità.

I ricercatori che lavorano con il fisico di Heidelberg, il prof. Dr. Karlheinz Meier, hanno studiato questo processo con l'aiuto di metodi matematici formali applicati a livello delle singole cellule nervose, chiamati neuroni. Il modello dei singoli neuroni utilizzato è strettamente deterministico. Ciò significa che ogni stimolazione ripetuta da stimoli esterni evoca sempre lo stesso comportamento di risposta. Il cervello, però, è una rete di neuroni che comunicano tra loro. Quando una cellula nervosa è sufficientemente stimolata dal suo vicino, emette un breve impulso elettrico, stimolando così altri neuroni. In una vasta rete di neuroni attivi, le cellule nervose diventano stocastiche – la loro "risposta" non è più determinata, cioè., precisamente prevedibile, ma segue regole di probabilità statistica.

"Nei nostri studi siamo stati in grado di dimostrare che tali neuroni ottengono la loro risposta da distribuzioni di probabilità che sono memorizzate nella rete stessa e che sono campionate dalle cellule nervose, " spiega il prof. Meier. È così che i neuroni sono in grado di rilevare modelli che riflettono le conoscenze acquisite. La ricerca è stata condotta nell'ambito del progetto europeo Human Brain, in cui i ricercatori di Heidelberg sotto la direzione di Karlheinz Meier stanno sviluppando nuovi sistemi informatici utilizzando il cervello come modello. "Il concetto di campionamento statistico delle probabilità acquisite è estremamente adatto per l'implementazione di una nuova architettura di computer. È uno degli obiettivi della ricerca attuale che il nostro gruppo di lavoro sta conducendo, " afferma il fisico, che insegna e svolge attività di ricerca presso il Kirchhoff Institute for Physics dell'Università di Heidelberg.