top of page

Book Review: Memory and the Computational Brain by Gallistel and King

Writer: Michael DeBellis
Michael DeBellis
Sep 22, 2022
4 min read

Updated: Sep 30, 2022

I’ve been taking a break from Semantic Web technology the last few weeks and reading books on evolutionary and cognitive psychology. One book that I recently re-read is Memory and The Computational Brain by Gallistel and King.


There are a very small number of books that made a major change in the way I think and that I always make sure to have in my library because I go back to them on a regular basis. Chomsky’s Syntactic Structures changed the way I think about language and philosophy. Kent Beck’s Extreme Programming Explained changed the way I develop software. Dawkins’ Selfish Gene gave me my first true understanding of the theory of evolution by natural selection. Memory and the Computational Brain is one of those books. It changed the way I think about psychology when I first read it about ten years ago and when I re-read it, it seemed even more profound than I remembered.


The essence of the book is that the proper model for human cognition is not only neural networks but a Turing Machine. A Neural Network is a (very complex) Finite State Automata (FSA). It is inherently more limited computationally than a Turing Machine because it can't represent historical data. This is the reason that Turing created the Turing Machine model for his paper on the Entscheidungsproblem [Turing 1936], he realized he needed a formalism more powerful than an FSA that included memory.


The specific kind of memory that Gallistel and King focus on is long term memory. Not muscle memory which is described by Hebbian conditioning (changing the conductance and connections of a neural network based on learning) [Jessell 2021] but episodic memory such as “who is the current president?” The authors make a strong case that there is no good neural net model for this type of memory and that the structure of such networks makes them unsuited to representing historical data in a scalable manner. Of course, with computers this issue never arises because Artificial Neural Nets (ANNs) just use the computer memory (e.g., arrays, databases, spreadsheets). However, many connectionists ignore this issue when it comes to the brain. The authors provide detailed analysis of the proposed neural network based solutions to episodic memory and show that such approaches could not scale to the memory requirements of Scrub Jays (which are known to cache food for the winter in tens of thousands of locations) let alone humans.


When one gives this a bit of thought it seems (at least to me) very intuitive. Of course, the output of one network can be the input for another but ultimately the input and output of all ANNs is some form of data which is virtually never represented as a neural network and it seems intuitive that the brain must function in a similar way, i.e., have a different mechanism for storing the input and output of neural nets that is analogous to addressable computer memory. The authors provide strong arguments for this view.


They hypothesize that the mechanism for storing episodic memory is some form of molecular code such as RNA or DNA. The advantage of such a code is that it is orders of magnitude more efficient than an FSA for storing data. Such a code would help to address one of the biggest issues with computing by neurons: computation by neurons is orders of magnitude slower than computation with computers. E.g., the interval between "spikes" (signals from other neurons) to the action potential (firing) of a neuron is on the order of half a millisecond and the time for a neuron to return to its base state after firing takes several milliseconds. A modern computer can execute at least one floating point instruction in .001 of a microsecond (a microsecond of course = .001 milliseconds). Yet the brain of a child can outperform computers on many tasks [Gallistel 2010].


The authors also emphasize the importance of symbolic computation as well as neural network computation. There has been fascinating work with these molecular models where researchers have been able to store information in them exactly as they would with bits in an electronic representation of memory. For one example see [Myers 2012].


I believe that “Old Fashioned AI” (e.g., the work of Newell and Simon) still has a role to play in Cognitive Science. I’m not downplaying the importance of machine learning (in computer science) and neural nets (in psychology). I’m just saying that I think it is obvious that there has to be more to cognition than neural nets just as the solution to many of the most complex AI problems (e.g., IBM’s Watson [Ferrucci 2012], autonomous vehicles) often involves a combination of machine learning and symbolic AI.


This book lays out the case for why that must be so and why the likely solution probably includes representing symbolic data in a molecular code. Anyone interested in psychology, whether cognitive, evolutionary, neuropsychology, or behaviorism should read this book. Even if you completely disagree with the authors, I think you will find the questions they raise fascinating and their elucidation of concepts from computer science such as Shannon’s Information Theory and the theory of computation extremely clear as is their description of how such concepts are essential to a theory of human cognition.


Addendum: I recently found the following paper by Gallistel where he describes his hypothesis of a molecular basis for memory in some detail and in light of more current research: The Physical Basis of Memory. Also, someone just sent me the following paper. It is fascinating. It describes how RNA and a system similar to RNA copying and recombination when cells divide can provide the computational power of a Turing Machine: An RNA Model for Universal Computation.


Bibliography

D. A. Ferrucci, "Introduction to “This is Watson”," in IBM Journal of Research and Development, vol. 56, no. 3.4, pp. 1:1-1:15, May-June 2012, doi: 10.1147/JRD.2012.2184356.


Gallistel, C. R. (2010). Memory and the Computational Brain: Why Cognitive Science Will Transform Neuroscience. Chapter 10. With Adam Phillip King. Blackwell Publishing.


J. E. Hopcroft, R. Motwani, and J. D. Ullman, Introduction to Automata Theory, Languages, and Computation. Reading Massachusetts: Addison Wesley, 2014.


T. M. Jessell, S. A. Siegelbaum, and E. R. Kandel, Principles of Neural Science, Sixth Edition. McGraw-Hill Education / Medical, 2021.


Myers, Andrew (2012) Totally RAD: Bioengineers create rewritable digital data storage in DNA. May 21, 2012. Available at: https://engineering.stanford.edu/magazine/article/totally-rad-bioengineers-create-rewritable-digital-data-storage-dna Accessed on: 9/21/2022.


A. Turing, “On Computable Numbers, with an Application to the Entscheidungsproblem (1936).” The Essential Turing, 2004, doi: 10.1093/oso/9780198250791.003.0005.



57 Comments


Jordan Martinez
5 hours ago

Cuốn sách nghiên cứu về bộ não tính toán và trí nhớ này đọc ngốn phết đấy chứ không đùa đâu. Càng ngẫm càng thấy cách con người xử lý thông tin phức tạp thật, hệt như lúc ngồi nhìn người ta tính bài trên KING88 trong mấy trò game bài đổi thưởng vậy. Mấy bộ môn đòi hỏi tư duy logic cao thế này đọc để luyện não chứ bảo mình tham gia thì chịu chết. Dù sao thì việc tìm hiểu cách não bộ ghi nhớ qua từng trang sách vẫn là một trải nghiệm khá thú vị vào cuối tuần.

Like

Lucas Rossi
3 days ago

Cuốn sách về bộ nhớ và não bộ tính toán này khá nặng, mình đọc mà thấy cần suy nghĩ nhiều. Thỉnh thoảng mình vẫn chơi game bài đổi thưởng trên điện thoại để giải tỏa căng thẳng, có lần thấy người ta nhắc đến Luckywin nhưng mình chưa dùng. Bài review này phân tích sâu về lý thuyết, khiến mình muốn đọc thêm nhưng cũng e ngại độ phức tạp. Mình không phải chuyên gia nên chỉ có thể hiểu ở mức cơ bản, hy vọng có bài viết nào giải thích đơn giản hơn.

Like

Taylor Santos
3 days ago

Sách này bàn về cách bộ nhớ hoạt động theo quan điểm tính toán, khá khó nhưng đáng đọc. Mình thích phần tác giả phân biệt giữa lưu trữ thông tin và xử lý tín hiệu, dù có đoạn lặp lại ý. Đọc sách khoa học lâu cũng mệt, nên mình thường nghỉ giải lao bằng mấy trò nhẹ nhàng trên điện thoại, có lúc vào 77WIN chơi vài ván cho khuây khỏa rồi quay lại đọc tiếp. Tổng thể đây là cuốn sách thú vị, hợp với ai thích tìm hiểu sâu về trí não.

Like

Sam Walsh
5 days ago

Bài viết về Memory and the Computational Brain đọc thấy khá nặng, cách tác giả Gallistel và King lý giải về bộ nhớ và cách máy tính xử lý thông tin khá chặt chẽ. Mình mở ra đọc lúc đang ngồi ngoài hiên, thói quen lướt bài trước khi đi ngủ. Tình cờ thấy sao789 được nhắc trong một đoạn tin nhắn lúc trước, mình không để ý nhưng giờ lại nhớ vì cùng lúc mở vài tab. Bài viết gợi lên suy nghĩ rằng bộ nhớ con người có lẽ không đơn giản như mình từng nghĩ. Đọc xong thấy đầu óc hơi quay cungen vì nhiều khái niệm mới, nhưng vẫn thấy thích vì được mở mang thêm.

Like

Diego Rossi
Aug 27

Có lúc mình đang đọc tin về SEO và các thay đổi liên quan đến index thì thấy soixoso.net xuất hiện trong danh sách mình đang xem. Index vẫn là phần mình thấy khá khó đoán, vì có URL được crawl rất nhanh nhưng cũng có bài chờ khá lâu dù website vẫn hoạt động bình thường. Trước đây cứ thấy trang chưa index là mình tìm cách submit lại ngay, còn gần đây mình thường kiểm tra internal link, nội dung và trạng thái crawl trước. Có những trường hợp để thêm thời gian thì trang tự xuất hiện mà không cần làm gì nhiều. Vì thế mình đang cố phân biệt vấn đề kỹ thuật thực sự với những…

Like
  • facebook
  • linkedin

©2019 by Michael DeBellis. Proudly created with Wix.com

bottom of page