Uzziniet, kā smadzenes rada jaunas atmiņas, saglabājot vecās

Zinātnieki ir izstrādājuši jaunu matemātisku modeli, kas palīdz izskaidrot, kā cilvēka smadzeņu bioloģiskā sarežģītība ļauj tai nolikt jaunas atmiņas, neiznīcinot vecās.

atmiņa, cilvēka smadzenes, cilvēka smadzeņu atmiņa, kā cilvēka smadzenes rada jaunas atmiņas, indiešu ekspresis, indiešu ekspresu ziņasCilvēka smadzeņu procesi ir tik sarežģīti, ka zinātnieki ir izstrādājuši matemātiskus modeļus, lai tos pilnībā izprastu. (Avots: Pixabay)

Jauns pētījums parāda, kā mūsu smadzenes rada jaunas atmiņas, neizdzēšot vecākās.



Kolumbijas zinātnieki ir izstrādājuši jaunu matemātisku modeli, kas palīdz izskaidrot, kā cilvēka smadzeņu bioloģiskā sarežģītība ļauj tai likt jaunas atmiņas, neiznīcinot vecās, ilustrējot, kā smadzenes saglabā atmiņu uzticību gadiem, gadu desmitiem vai pat visu mūžu.



melns, izplūdušs kāpurs, dienvidu Kalifornija

Šis modelis varētu palīdzēt neirozinātniekiem izstrādāt mērķtiecīgākus atmiņas pētījumus, kā arī veicināt neiromorfās aparatūras attīstību, jaudīgas skaitļošanas sistēmas, kuras iedvesmojušas cilvēka smadzenes.



Smadzenes nepārtraukti saņem, organizē un glabā atmiņas. Šie procesi, kas pētīti neskaitāmos eksperimentos, ir tik sarežģīti, ka zinātnieki ir izstrādājuši matemātiskus modeļus, lai tos pilnībā izprastu, sacīja dokumenta vecākais autors Stefano Fusi. Mūsu izstrādātais modelis beidzot izskaidro, kāpēc atmiņas pamatā esošā bioloģija un ķīmija ir tik sarežģītas un kā šī sarežģītība veicina smadzeņu spēju atcerēties.

Tiek uzskatīts, ka atmiņas tiek glabātas sinapsēs, sīkās struktūrās uz neironu virsmas. Šīs sinapses darbojas kā cauruļvadi, pārraidot informāciju, kas atrodas elektriskajos impulsos, kas parasti pāriet no neirona uz neironu. Agrākajos atmiņas modeļos elektrisko signālu stiprums, kas izgāja caur sinapsēm, tika salīdzināts ar skaļuma regulēšanas pogu uz stereo; tas tika sastādīts, lai palielinātu (vai pazeminātu) savienojuma stiprumu starp neironiem. Tas ļāva veidot atmiņas.



Šie modeļi strādāja ārkārtīgi labi, jo veidoja milzīgu atmiņas ietilpību. Bet viņi arī radīja intriģējošu dilemmu.



Problēma ar vienkāršu, ciparnīcai līdzīgu modeli, kā darbojas sinapses, bija tāda, ka tika pieņemts, ka to spēku var palielināt vai samazināt uz nenoteiktu laiku, sacīja Dr Fusi, piebilstot: Bet reālajā pasaulē tas nevar notikt. Neatkarīgi no tā, vai tā ir skaļuma regulēšanas poga stereosistēmā vai jebkura bioloģiska sistēma, ir jābūt fiziskam ierobežojumam, cik daudz tā var pagriezties.

jukas augs ar baltiem ziediem

Kad tika noteikti šie ierobežojumi, šo modeļu atmiņas ietilpība sabruka.



Tātad Dr Fusi sadarbībā ar kolēģi Cukermana institūta pētnieku Leriju Abotu piedāvāja alternatīvu, un katra sinapse ir sarežģītāka nekā tikai viens ciparnīca, un tā vietā to vajadzētu raksturot kā sistēmu ar vairākiem ciparnīcām.



2005. gadā Dr. Fusi un Abbott publicēja pētījumu, kas izskaidro šo ideju. Viņi aprakstīja, kā dažādi ciparnīcas sinapsē varētu darboties vienlaikus, veidojot jaunas atmiņas, vienlaikus aizsargājot vecās. Bet pat šis modelis, vēlāk autori saprata, nesasniedza to, ko viņi uzskatīja, ka smadzenes, īpaši cilvēka smadzenes, var turēt.

Mēs sapratām, ka dažādi sinaptiskie komponenti jeb ciparnīcas darbojās ne tikai dažādos laika periodos, bet arī, iespējams, sazinājās savā starpā, sacīja šodienas Dabas neirozinātnes darba pirmais autors Markuss Benna. Kad mēs savam modelim pievienojām komunikāciju starp komponentiem, atmiņas ietilpība palielinājās par milzīgu faktoru, kļūstot daudz reprezentatīvāka tam, kas tiek sasniegts dzīvo smadzeņu iekšienē.



Skatiet, kas vēl rada ziņas.



Dr Benna šī jaunā modeļa komponentus pielīdzināja vārglāžu sistēmai, kas savā starpā savienota caur caurulēm.

Savstarpēji savienotu vārglāžu komplektā, katrs piepildīts ar atšķirīgu ūdens daudzumu, šķidrumam būs tendence plūst starp tām tā, ka ūdens līmenis izlīdzinās. Mūsu modelī vārglāzes attēlo dažādas sinapses sastāvdaļas, paskaidroja Dr Benna. Šķidruma pievienošana vienā no vārglāzēm vai tās izņemšana nozīmē jaunu atmiņu kodēšanu. Laika gaitā iegūtā šķidruma plūsma izkliedēsies pa citām vārglāzēm, kas atbilst atmiņu ilgstošai uzglabāšanai.



Abi pētnieki cer, ka šis darbs var palīdzēt neirozinātniekiem laboratorijā, darbojoties kā teorētisks pamats turpmāko eksperimentu vadīšanai, galu galā novedot pie pilnīgāka un detalizētāka smadzeņu raksturojuma.



identificējiet koku lapas pēc attēla

Lai gan atmiņas sinaptiskais pamats ir labi pieņemts, ne mazākā mērā pateicoties Nobela prēmijas laureāta un Cukermana institūta līdzdirektora Dr Eric Kandel darbam, ir bijis ārkārtīgi grūti noskaidrot, kā sinapses atbalsta atmiņas daudzu gadu garumā bez degradācijas, sacīja Dr Abbott. Benna un Fusi kundzei vajadzētu kalpot par ceļvedi pētniekiem, kuri pēta sinapses molekulāro sarežģītību.

Arī šī modeļa tehnoloģiskās sekas ir daudzsološas. Dr Fusi jau sen ir ieinteresējis neiromorfā aparatūra, datori, kas paredzēti bioloģisko smadzeņu atdarināšanai.

Mūsdienās neiromorfisko aparatūru ierobežo atmiņas ietilpība, kas var būt katastrofāli zema, ja šīs sistēmas ir paredzētas autonomai mācībai, sacīja Dr Fusi. Labāka sinaptiskās atmiņas modeļa izveide varētu palīdzēt atrisināt šo problēmu, paātrinot elektronisko ierīču attīstību. gan kompakts, gan energoefektīvs un tikpat spēcīgs kā cilvēka smadzenes.

krepa mirtes šķirnes un apraksti

Šis raksts ar nosaukumu Sinaptiskās atmiņas konsolidācijas skaitļošanas principi ir publicēts tiešsaistē Nature Neuroscience.

Iepriekš minētais raksts ir paredzēts tikai informatīviem nolūkiem, un tas nav paredzēts, lai aizstātu profesionālu medicīnisku padomu. Vienmēr meklējiet ārsta vai cita kvalificēta veselības aprūpes speciālista norādījumus par visiem jūsu veselības vai veselības stāvokļa jautājumiem.