Нейронный ансамбль — это популяция клеток нервной системы (или культивируемых нейронов ), участвующих в конкретном нейронном вычислении.
Понятие нейронного ансамбля восходит к работам Чарльза Шеррингтона , который описал функционирование ЦНС как систему рефлекторных дуг , каждая из которых состоит из связанных между собой возбуждающих и тормозных нейронов . В схеме Шеррингтона α-мотонейроны являются конечным общим путем ряда нейронных цепей разной сложности: мотонейроны интегрируют большое количество входов и посылают свой конечный выход в мышцы.
Дональд Хебб теоретически развил концепцию нейронного ансамбля в своей знаменитой книге «Организация поведения» (1949). Он определил «сборку клеток» как «диффузную структуру, состоящую из клеток коры и промежуточного мозга , способную на короткое время действовать как закрытая система, облегчая другие подобные системы». Хебб предположил, что в зависимости от функциональных требований отдельные клетки мозга могут участвовать в различных клеточных ансамблях и выполнять множество вычислений.
В 1980-х Апостолос Георгопулос и его коллеги Рон Кеттнер, Эндрю Шварц и Кеннет Джонсон сформулировали гипотезу популяционного вектора, чтобы объяснить, как популяции нейронов моторной коры кодируют направление движения. Эта гипотеза была основана на наблюдении, что отдельные нейроны, как правило, больше разряжаются при движениях в определенных направлениях, так называемых предпочтительных направлениях .для отдельных нейронов. В модели популяционного вектора отдельные нейроны «голосуют» за свои предпочтительные направления, используя свою скорость возбуждения. Окончательное голосование рассчитывается путем векторного суммирования отдельных предпочтительных направлений, взвешенных по частоте нейронов. Эта модель оказалась успешной для описания моторно-кортикальной кодировки направления досягаемости, а также была способна предсказывать новые эффекты. Например, вектор популяции Георгопулоса точно описывал мысленные вращения, совершаемые обезьянами, которые были обучены переводить местоположения визуальных стимулов в пространственно смещенные местоположения достижимых целей.
Нейронные ансамбли кодируют информацию способом, чем-то схожим с принципом работы Википедии — многократное редактирование многими участниками. Нейробиологи обнаружили, что отдельные нейроны очень шумные. Например, исследуя активность только одного нейрона в зрительной коре ., очень сложно реконструировать визуальную сцену, на которую смотрит владелец мозга. Как и отдельный участник Википедии, отдельный нейрон не «знает» всего и может ошибаться. Эта проблема решается тем, что мозг имеет миллиарды нейронов. Обработка информации мозгом является обработкой популяции, и она также распределена — во многих случаях каждый нейрон знает обо всем понемногу, и чем больше нейронов участвует в работе, тем точнее кодируется информация. В схеме распределенной обработки отдельные нейроны могут демонстрировать нейронный шум , но популяция в целом усредняет этот шум.
Альтернативой ансамблевой гипотезе является теория существования узкоспециализированных нейронов, служащих механизмом кодирования нейронов. В зрительной системе такие клетки часто называют бабушкиными, потому что они реагируют в очень специфических обстоятельствах, например, когда человек смотрит на фотографию своей бабушки. Нейробиологи действительно обнаружили, что некоторые нейроны предоставляют лучшую информацию, чем другие, и популяция таких экспертных нейронов имеет улучшенное отношение сигнал / шум . Однако основной принцип ансамблевого кодирования сохраняется: большие популяции нейронов работают лучше, чем отдельные нейроны.