Sužinokite, kaip smegenys kuria naujus prisiminimus ir išsaugo senus

Mokslininkai sukūrė naują matematinį modelį, kuris padeda paaiškinti, kaip žmogaus smegenų biologinis sudėtingumas leidžia jam padėti naujus prisiminimus, neišnaikinant senų.

Žmogaus smegenų procesai yra tokie sudėtingi, kad mokslininkai sukūrė matematinius modelius, kad juos visiškai suprastų. (Šaltinis: Pixabay)

Naujas tyrimas rodo, kaip mūsų smegenys sukuria naujus prisiminimus, neištrinant senesnių.

Kolumbijos mokslininkai sukūrė naują matematinį modelį, padedantį paaiškinti, kaip žmogaus smegenų biologinis sudėtingumas leidžia jam padėti naujus prisiminimus, neišnaikinant senų, ir iliustruoja, kaip smegenys išlaiko prisiminimus ištisus metus, dešimtmečius ar net visą gyvenimą.

valgomos mėsos rūšys

Šis modelis galėtų padėti neurologams sukurti tikslingesnius atminties tyrimus, taip pat paskatinti pažangą neuromorfinės aparatūros, galingų kompiuterinių sistemų, įkvėptų žmogaus smegenų, srityje.

Smegenys nuolat priima, tvarko ir saugo prisiminimus. Šie procesai, kurie buvo ištirti daugybe eksperimentų, yra tokie sudėtingi, kad mokslininkai sukūrė matematinius modelius, kad juos visiškai suprastų, sakė vyresnysis straipsnio autorius Stefano Fusi. Mūsų sukurtas modelis pagaliau paaiškina, kodėl biologija ir chemija, kuri yra pagrindinė atmintis, yra tokia sudėtinga ir kaip šis sudėtingumas skatina smegenų gebėjimą prisiminti.

Manoma, kad prisiminimai saugomi sinapsėse, mažose neuronų paviršiaus struktūrose. Šios sinapsės veikia kaip kanalai, perduodantys informaciją, esančią elektros impulsuose, kurie paprastai pereina iš neurono į neuroną. Ankstyviausiuose atminties modeliuose per sinapses praeinančių elektros signalų stiprumas buvo lyginamas su garso reguliavimo rankenėle; jis surinko, kad padidintų (arba sumažintų) ryšio stiprumą tarp neuronų. Tai leido formuotis prisiminimams.

Šie modeliai veikė labai gerai, nes jie sudarė didžiulę atminties talpą. Tačiau jie taip pat kėlė intriguojančią dilemą.

Fusas pridūrė: „Tikrame pasaulyje to negali atsitikti, nes paprasto, į ciferblatą panašaus modelio, kaip veikia sinapsės, problema buvo ta, kad buvo manoma, kad jų stiprumas gali būti neribotą laiką padidintas arba sumažintas. Nesvarbu, ar tai būtų garso reguliavimo rankenėlė, ar kokia nors biologinė sistema, turi būti fizinė riba, kiek ji gali pasisukti.

Kai buvo nustatytos šios ribos, šių modelių atminties talpa žlugo.

Taigi, dr. Fusi, bendradarbiaudamas su kitu Zuckerman instituto tyrėju Larry Abbotu, pasiūlė alternatyvą, kiekviena sinapsė yra sudėtingesnė nei tik vienas ratukas, o vietoj to turėtų būti apibūdinta kaip sistema su keliais rinkikliais.

rudas vabalas su baltomis juostelėmis

2005 m. Daktarai Fusi ir Abbott paskelbė tyrimą, paaiškinantį šią idėją. Jie aprašė, kaip skirtingi sinapsės ratukai gali veikti kartu, kad suformuotų naujus prisiminimus ir apsaugotų senus. Tačiau net ir šis modelis, vėliau suprato autoriai, neatitiko to, ką, jų manymu, galėjo išlaikyti smegenys, ypač žmogaus smegenys.

Mes supratome, kad įvairūs sinaptiniai komponentai arba ratukai ne tik veikė skirtingu laiku, bet ir greičiausiai bendravo tarpusavyje, - sakė pirmasis šiandienos „Nature Neuroscience“ straipsnio autorius Marcusas Benna. Kai prie mūsų modelio pridėjome ryšį tarp komponentų, saugojimo talpa padidėjo nepaprastai daug ir tapo daug reprezentatyvesnė už tai, kas pasiekiama gyvų smegenų viduje.

Pažiūrėkite, kas dar sukuria naujienas.

Dr Benna šio naujo modelio komponentus palygino su stiklinių sistema, sujungta viena su kita per vamzdelius.

Sujungtų stiklinių rinkinyje, kurių kiekviena užpildyta skirtingais vandens kiekiais, skystis bus linkęs tekėti tarp jų taip, kad vandens lygis išsilygintų. Mūsų modelyje stiklinės vaizduoja įvairius sinapsės komponentus, paaiškino dr. Benna. Skysčio pridėjimas į vieną stiklinę arba jo pašalinimas reiškia naujų prisiminimų užkoduojimą. Laikui bėgant susidaręs skysčio srautas pasiskirstys per kitas stiklines, o tai atitinka ilgalaikį prisiminimų saugojimą.

Abu tyrėjai tikisi, kad šis darbas gali padėti neurologams laboratorijoje, veikdamas kaip teorinė sistema, padedanti vadovauti būsimiems eksperimentams, galiausiai leisianti išsamiau ir išsamiau apibūdinti smegenis.

juodas voras baltomis kojomis

Nors sinapsinis atminties pagrindas yra gerai priimtas, ne mažai dėl Nobelio premijos laureato ir Zuckermano instituto direktoriaus daktaro Erico Kandelio darbo paaiškinti, kaip sinapsės palaiko prisiminimus daugelį metų be degradacijos, buvo labai sunku, sakė dr. Abbott. Dr Benna ir Fusi turėtų būti vadovas tyrėjams, tyrinėjantiems sinapsės molekulinį sudėtingumą.

Technologinės šio modelio pasekmės taip pat yra daug žadančios. Dr Fusi jau seniai domina neuromorfinė aparatūra, kompiuteriai, skirti imituoti biologines smegenis.

Šiandien neuromorfinę aparatinę įrangą riboja atminties talpa, kuri gali būti katastrofiškai maža, kai šios sistemos yra skirtos mokytis savarankiškai, sakė dr. ir kompaktiškas, ir energiją taupantis, ir toks pat galingas kaip žmogaus smegenys.

Šis dokumentas pavadinimu „Sinapsinės atminties konsolidavimo skaičiavimo principai“ yra paskelbtas internete „Nature Neuroscience“.

Aukščiau pateiktas straipsnis skirtas tik informaciniams tikslams ir nėra skirtas pakeisti profesionalias medicinos rekomendacijas. Visada kreipkitės į gydytoją arba kitą kvalifikuotą sveikatos priežiūros specialistą, kad gautumėte klausimų, susijusių su jūsų sveikata ar sveikatos būkle.

rudas voras su juodomis dėmėmis