Popularne Wiadomości
Dowiedz się, jak mózg tworzy nowe wspomnienia, zachowując stare
Naukowcy opracowali nowy model matematyczny, który pomaga wyjaśnić, w jaki sposób biologiczna złożoność ludzkiego mózgu pozwala mu tworzyć nowe wspomnienia bez wymazywania starych.
Procesy w ludzkim mózgu są tak złożone, że naukowcy opracowali modele matematyczne w celu ich pełnego zrozumienia. (Źródło: Pixabay) Nowe badanie pokazuje, jak nasz mózg tworzy nowe wspomnienia, nie usuwając starszych.
Naukowcy z Kolumbii opracowali nowy model matematyczny, który pomaga wyjaśnić, w jaki sposób biologiczna złożoność ludzkiego mózgu pozwala mu tworzyć nowe wspomnienia bez wymazywania starych, ilustrując, w jaki sposób mózg zachowuje wierność wspomnień przez lata, dekady, a nawet całe życie.
lista i zdjęcia zwierząt z lasów deszczowych
Model ten może pomóc neurologom w projektowaniu bardziej ukierunkowanych badań pamięci, a także pobudzić postęp w neuromorficznym sprzęcie, potężnych systemach obliczeniowych inspirowanych ludzkim mózgiem.
Mózg nieustannie odbiera, organizuje i przechowuje wspomnienia. Te procesy, które badano w niezliczonych eksperymentach, są tak złożone, że naukowcy opracowali modele matematyczne, aby w pełni je zrozumieć, powiedział Stefano Fusi, starszy autor artykułu. Model, który opracowaliśmy, w końcu wyjaśnia, dlaczego biologia i chemia leżące u podstaw pamięci są tak złożone i jak ta złożoność wpływa na zdolność mózgu do zapamiętywania.
Powszechnie uważa się, że wspomnienia są przechowywane w synapsach, maleńkich strukturach na powierzchni neuronów. Te synapsy działają jak kanały, przekazując informacje zawarte w impulsach elektrycznych, które normalnie przechodzą z neuronu do neuronu. W najwcześniejszych modelach pamięci siła sygnałów elektrycznych przechodzących przez synapsy była porównywana z pokrętłem głośności w stereo; zwiększał (lub zmniejszał) siłę połączenia między neuronami. Pozwoliło to na powstanie wspomnień.
Modele te działały wyjątkowo dobrze, ponieważ odpowiadały za ogromną pojemność pamięci. Ale także postawili intrygujący dylemat.
Problem z prostym, podobnym do tarczy modelem funkcjonowania synaps polegał na tym, że zakładano, że ich siła może być zwiększana lub zmniejszana w nieskończoność, powiedział dr Fusi, dodając: Ale w prawdziwym świecie tak się nie może zdarzyć. Niezależnie od tego, czy jest to pokrętło głośności w stereo, czy jakikolwiek system biologiczny, musi istnieć fizyczna granica tego, jak bardzo może się obracać.
Kiedy te ograniczenia zostały narzucone, pojemność pamięci tych modeli załamała się.
Tak więc dr Fusi, we współpracy z innym badaczem Zuckerman Institute Larrym Abbotem, zaproponował alternatywę, że każda synapsa jest bardziej złożona niż tylko jedna tarcza i zamiast tego powinna być opisana jako system z wieloma tarczami.
W 2005 roku dr Fusi i Abbott opublikowali badania wyjaśniające ten pomysł. Opisali, jak różne tarcze w synapsie mogą działać jednocześnie, tworząc nowe wspomnienia, jednocześnie chroniąc stare. Ale nawet ten model, jak później zdali sobie autorzy, nie spełniał tego, co ich zdaniem mógł pomieścić mózg, a zwłaszcza ludzki mózg.
czarny chrząszcz z długimi czułkami
Zdaliśmy sobie sprawę, że różne komponenty synaptyczne, czyli tarcze, nie tylko działały w różnych skalach czasowych, ale prawdopodobnie również komunikowały się ze sobą, powiedział Marcus Benna, pierwszy autor dzisiejszego artykułu w Nature Neuroscience. Gdy dodaliśmy do naszego modelu komunikację między komponentami, pojemność pamięci wzrosła ogromnie, stając się znacznie bardziej reprezentatywna dla tego, co dzieje się wewnątrz żywego mózgu.
Zobacz, co jeszcze robi wiadomości.
Dr Benna porównał komponenty tego nowego modelu do systemu zlewek połączonych ze sobą szeregiem rurek.
W zestawie połączonych zlewek, z których każda jest wypełniona różnymi ilościami wody, ciecz będzie miała tendencję do płynięcia między nimi tak, że poziom wody się wyrówna. W naszym modelu zlewki reprezentują różne składniki synapsy, wyjaśnia dr Benna. Dodanie płynu do jednej ze zlewek lub wyjęcie jej części oznacza kodowanie nowych wspomnień. Z biegiem czasu powstały przepływ cieczy będzie dyfundował przez inne zlewki, co odpowiada długotrwałemu przechowywaniu wspomnień.
Obaj badacze mają nadzieję, że praca ta może pomóc neurobiologom w laboratorium, działając jako teoretyczne ramy kierujące przyszłymi eksperymentami, ostatecznie prowadząc do pełniejszej i bardziej szczegółowej charakterystyki mózgu.
gąsienica z rogiem na plecach
Chociaż synaptyczne podstawy pamięci są dobrze akceptowane, w dużej mierze dzięki pracy laureata Nagrody Nobla i dyrektora Instytutu Zuckerman, dr Erica Kandela, wyjaśnienie, w jaki sposób synapsy wspierają wspomnienia przez wiele lat bez degradacji, było niezwykle trudne, powiedział dr Abbott. Doktorzy Benna i Fusi powinni służyć jako przewodnik dla badaczy badających złożoność molekularną synapsy.
jaki rodzaj gleby dla kaktusów
Implikacje technologiczne tego modelu są również obiecujące. Dr Fusi od dawna intrygował neuromorficzny sprzęt, komputery zaprojektowane do naśladowania biologicznego mózgu.
Obecnie sprzęt neuromorficzny jest ograniczony pojemnością pamięci, która może być katastrofalnie niska, gdy systemy te są zaprojektowane do samodzielnego uczenia się, powiedział dr Fusi. Stworzenie lepszego modelu pamięci synaptycznej może pomóc w rozwiązaniu tego problemu, przyspieszając rozwój urządzeń elektronicznych, które są zarówno kompaktowy, jak i energooszczędny i tak samo potężny jak ludzki mózg.
Artykuł zatytułowany „Computational Principles of synaptic memory konsolidacji” został opublikowany online w Nature Neuroscience.