Zistite, ako mozog vytvára nové spomienky a zachováva staré
Vedci vyvinuli nový matematický model, ktorý pomáha vysvetliť, ako mu biologická zložitosť ľudského mozgu umožňuje položiť nové spomienky bez vymazania starých.
Procesy ľudského mozgu sú také zložité, že vedci vyvíjajú matematické modely, aby ich úplne pochopili. (Zdroj: Pixabay) Nová štúdia ukazuje, ako si náš mozog vytvára nové spomienky bez toho, aby tie staršie vymazal.
Vedci z Kolumbie vyvinuli nový matematický model, ktorý pomáha vysvetliť, ako mu biologická zložitosť ľudského mozgu umožňuje položiť nové spomienky bez toho, aby ste vymazali staré, a ukazuje, ako si mozog zachováva vernosť spomienok roky, desaťročia alebo dokonca celý život.
druhy čiernych a bielych kvetov
Tento model by mohol pomôcť neurovedcom navrhnúť cielenejšie štúdie pamäte a tiež urýchliť pokroky v neuromorfickom hardvéri, výkonných počítačových systémoch inšpirovaných ľudským mozgom.
Mozog neustále prijíma, organizuje a uchováva spomienky. Tieto procesy, ktoré boli študované v nespočetných experimentoch, sú také zložité, že vedci vyvíjajú matematické modely, aby ich úplne pochopili, povedal Stefano Fusi, hlavný autor článku. Model, ktorý sme vyvinuli, konečne vysvetľuje, prečo je biológia a chémia, ktoré sú základom pamäte, také zložité a ako táto zložitosť poháňa schopnosť mozgu pamätať si.
Všeobecne sa verí, že spomienky sú uložené v synapsiách, malých štruktúrach na povrchu neurónov. Tieto synapsie pôsobia ako vedenia a prenášajú informácie uložené vo vnútri elektrických impulzov, ktoré normálne prechádzajú z neurónu do neurónu. V najskorších pamäťových modeloch bola sila elektrických signálov, ktoré prešli synapsami, porovnaná s ovládačom hlasitosti na stereu; vytočilo sa nahor, aby sa posilnila (alebo znížila) sila spojenia medzi neurónmi. To umožnilo vytvorenie spomienok.
Tieto modely fungovali veľmi dobre, pretože predstavovali obrovskú kapacitu pamäte. Predstavovali však aj zaujímavú dilemu.
Problém jednoduchého, číselníkového modelu fungovania synapsií spočíval v tom, že sa predpokladalo, že ich silu je možné vytáčať nahor alebo nadol na neurčito, povedal doktor Fusi a dodal: Ale v skutočnom svete sa to nemôže stať. Či už ide o gombík hlasitosti na stereu, alebo o akýkoľvek biologický systém, musí existovať fyzický limit, do akej miery sa môže otáčať.
Keď boli stanovené tieto limity, kapacita pamäte týchto modelov sa zrútila.
Doktor Fusi v spolupráci s vyšetrovateľom inštitútu Zuckerman Institute Larry Abbotom ponúkol alternatívu, pričom každá synapsia je zložitejšia než len jeden ciferník a namiesto toho by mala byť opísaná ako systém s viacerými číselníkmi.
V roku 2005 publikovali doktori Fusi a Abbott výskum vysvetľujúci túto myšlienku. Popisovali, ako by rôzne číselníky v synapsii mohli fungovať v tandeme, aby vytvorili nové pamäte a zároveň chránili staré. Ale aj tento model, autori si neskôr uvedomili, zaostával za tým, čo verili, že mozog, obzvlášť ľudský mozog, dokáže udržať.
druhy papagájov s obrázkami
Uvedomili sme si, že rôzne synaptické komponenty alebo číselníky nielenže fungovali v rôznych časových obdobiach, ale tiež medzi sebou pravdepodobne komunikovali, povedal Marcus Benna, prvý autor dnešného článku o prírodovednej neurológii. Keď sme do nášho modelu pridali komunikáciu medzi komponentmi, úložná kapacita sa enormne zvýšila, čím sa stala oveľa reprezentatívnejšou v tom, čo sa dosahuje v živom mozgu.
Pozrite sa, čo ďalšie prináša novinky.
Doktor Benna prirovnal súčasti tohto nového modelu k systému kadičiek, ktoré sú navzájom prepojené sériou rúrok.
V súprave prepojených kadičiek, z ktorých každá je naplnená rôznym množstvom vody, bude mať tekutina tendenciu pretekať medzi nimi tak, že sa hladiny vody vyrovnajú. V našom modeli kadičky predstavujú rôzne komponenty v synapsii, vysvetľuje doktor Benna. Pridanie tekutiny do jednej z kadičiek alebo jej vybratie predstavuje kódovanie nových spomienok. V priebehu času bude výsledný tok tekutiny difundovať cez ostatné kadičky, čo zodpovedá dlhodobému uchovávaniu spomienok.
Obaja vedci dúfajú, že táto práca môže pomôcť neurovedcom v laboratóriu tým, že bude pôsobiť ako teoretický rámec pre vedenie budúcich experimentov, čo v konečnom dôsledku povedie k úplnejšej a podrobnejšej charakterizácii mozgu.
fialové trvalky, ktoré kvitnú celé leto
Aj keď je synaptický základ pamäte dobre akceptovaný, nie je to kvôli práci laureáta Nobelovej ceny a spoluzakladateľa Zuckerman Institute, dr. Erica Kandela, objasnenie toho, ako synapsie podporujú spomienky po mnoho rokov bez degradácie, bolo mimoriadne náročné, povedal Dr. Abbott Doktori Benna a Fusi by mali slúžiť ako sprievodca pre výskumníkov skúmajúcich molekulárnu komplexnosť synapsie.
pestré mohyly v kolíske
Technologické dôsledky tohto modelu sú tiež sľubné. Doktora Fusiho dlho zaujímal neuromorfný hardvér, počítače, ktoré sú navrhnuté tak, aby napodobňovali biologický mozog.
Dnes je neuromorfný hardvér obmedzený kapacitou pamäte, ktorá môže byť katastroficky nízka, ak sú tieto systémy navrhnuté tak, aby sa učili autonómne, povedal Dr. Fusi Vytvorenie lepšieho modelu synaptickej pamäte by mohlo pomôcť vyriešiť tento problém a urýchliť vývoj elektronických zariadení, ktoré sú kompaktné aj energeticky účinné a rovnako silné ako ľudský mozog.
Tento dokument s názvom Výpočtové princípy konsolidácie synaptickej pamäte je publikovaný online v Nature Neuroscience.