Aflați cum creierul creează noi amintiri, păstrând vechiul
Oamenii de știință au dezvoltat un nou model matematic care ajută la explicarea modului în care complexitatea biologică a creierului uman îi permite să depună noi amintiri fără a le șterge pe cele vechi.
Procesele creierului uman sunt atât de complexe încât oamenii de știință au dezvoltat modele matematice pentru a le înțelege pe deplin. (Sursa: Pixabay) Un nou studiu arată cum creierul nostru creează noi amintiri, fără a le șterge pe cele mai vechi.
Oamenii de știință din Columbia au dezvoltat un nou model matematic care ajută la explicarea modului în care complexitatea biologică a creierului uman îi permite să depună noi amintiri fără a le șterge pe cele vechi, ilustrând modul în care creierul menține fidelitatea amintirilor timp de ani, decenii sau chiar o viață.
tipuri de plante de limba soacre
Acest model ar putea ajuta neurologii să proiecteze studii mai specifice ale memoriei și, de asemenea, să stimuleze progresele în hardware neuromorf, sisteme de calcul puternice inspirate de creierul uman.
Creierul primește, organizează și stochează în mod continuu amintiri. Aceste procese, care au fost studiate în nenumărate experimente, sunt atât de complexe încât oamenii de știință au dezvoltat modele matematice pentru a le înțelege pe deplin, a spus Stefano Fusi, autorul principal al lucrării. Modelul pe care l-am dezvoltat explică în cele din urmă de ce biologia și chimia care stau la baza memoriei sunt atât de complexe și modul în care această complexitate conduce capacitatea creierului de a-și aminti.
Se crede că amintirile sunt stocate în sinapse, structuri mici de pe suprafața neuronilor. Aceste sinapse acționează ca conducte, transmițând informațiile adăpostite în impulsurile electrice care trec în mod normal de la neuron la neuron. În primele modele de memorie, puterea semnalelor electrice care treceau prin sinapse a fost comparată cu un buton de volum pe un stereo; a apelat pentru a crește (sau în jos pentru a reduce) puterea conexiunii dintre neuroni. Acest lucru a permis formarea amintirilor.
Aceste modele au funcționat extrem de bine, deoarece au reprezentat o capacitate de memorie enormă. Dar au reprezentat și o dilemă interesantă.
cum să identifici pomii fructiferi
Problema cu un model simplu, cu formă de cadran, a modului în care funcționează sinapsele a fost că se presupunea că puterea lor ar putea fi apelată în sus sau în jos la nesfârșit, a spus dr. Fusi, adăugând: Dar în lumea reală acest lucru nu se poate întâmpla. Fie că este vorba de butonul de volum al unui stereo sau de orice sistem biologic, trebuie să existe o limită fizică a cât de mult s-ar putea transforma.
Când aceste limite au fost impuse, capacitatea de memorie a acestor modele s-a prăbușit.
Așadar, dr. Fusi, în colaborare cu colegul Luck Abbot, investigator al Institutului Zuckerman, a oferit o alternativă, fiecare sinapsă este mai complexă decât un singur cadran și, în schimb, ar trebui descrisă ca un sistem cu cadrane multiple.
În 2005, doctorii Fusi și Abbott au publicat cercetări care explică această idee. Ei au descris modul în care diferite cadrane dintr-o sinapsă ar putea funcționa în tandem pentru a forma noi amintiri, protejând în același timp vechile. Dar chiar și acel model, autorii și-au dat seama mai târziu, nu au reușit să creadă că ceea ce credeau că creierul, în special creierul uman, ar putea ține.
Am ajuns să ne dăm seama că diferitele componente sinaptice, sau cadrane, nu numai că funcționau la scări de timp diferite, dar comunicau probabil și între ele, a spus Marcus Benna, primul autor al lucrării de astăzi Nature Neuroscience. Odată ce am adăugat comunicarea dintre componente la modelul nostru, capacitatea de stocare a crescut cu un factor enorm, devenind mult mai reprezentativă a ceea ce se realizează în interiorul creierului viu.
Vezi ce mai face noutăți.
Dr. Benna a comparat componentele acestui nou model cu un sistem de pahare conectate între ele printr-o serie de tuburi.
Într-un set de pahare interconectate, fiecare umplut cu cantități diferite de apă, lichidul va tinde să curgă între ele astfel încât nivelurile apei să fie egalizate. În modelul nostru, paharele reprezintă diferitele componente dintr-o sinapsă, a explicat dr. Benna. Adăugarea unui lichid la unul dintre pahare sau îndepărtarea unora dintre acestea reprezintă codificarea noilor amintiri. În timp, fluxul de lichid rezultat se va difuza peste celelalte pahare, corespunzând stocării pe termen lung a amintirilor.
Ambii cercetători speră că această lucrare îi poate ajuta pe neurologi în laborator, acționând ca un cadru teoretic pentru a ghida experimentele viitoare, ducând în cele din urmă la o caracterizare mai completă și mai detaliată a creierului.
identificați frunzele copacilor după imagine
În timp ce baza sinaptică a memoriei este bine acceptată, în mare parte datorită muncii laureatului Nobel și a codirectorului Institutului Zuckerman, dr. Eric Kandel, clarificarea modului în care sinapsele susțin amintirile de-a lungul multor ani fără degradare a fost extrem de dificilă, a spus dr. Abbott. Dr. Benna și Fusi ar trebui să servească drept ghid pentru cercetătorii care explorează complexitatea moleculară a sinapsei.
Implicațiile tehnologice ale acestui model sunt, de asemenea, promițătoare. Dr. Fusi a fost mult timp intrigat de hardware-ul neuromorf, computere concepute pentru a imita un creier biologic.
omida verde dungi negre puncte galbene
Astăzi, hardware-ul neuromorf este limitat de capacitatea memoriei, care poate fi catastrofal scăzută atunci când aceste sisteme sunt proiectate să învețe autonom, a spus dr. Fusi. Crearea unui model mai bun de memorie sinaptică ar putea ajuta la rezolvarea acestei probleme, accelerând dezvoltarea dispozitivelor electronice care sunt atât compacte, cât și eficiente din punct de vedere energetic și la fel de puternice ca și creierul uman.
Această lucrare intitulată, Principiile computaționale ale consolidării memoriei sinaptice este publicată online în Nature Neuroscience.