Uurige, kuidas aju loob uusi mälestusi, säilitades vana

Teadlased on välja töötanud uue matemaatilise mudeli, mis aitab selgitada, kuidas inimese aju bioloogiline keerukus võimaldab tal panna uusi mälestusi ilma vanu pühkimata.

Inimese ajuprotsessid on nii keerulised, et teadlased on välja töötanud matemaatilisi mudeleid, et neid täielikult mõista. (Allikas: Pixabay)

Uus uuring näitab, kuidas meie aju loob uusi mälestusi, kustutamata vanemaid.

Columbia teadlased on välja töötanud uue matemaatilise mudeli, mis aitab selgitada, kuidas inimese aju bioloogiline keerukus võimaldab tal panna uusi mälestusi ilma vanu hävitamata, näidates, kuidas aju säilitab mälestuste truuduse aastaid, aastakümneid või isegi kogu elu.

varre köögiviljade nimekiri ja pildid

See mudel võib aidata neuroteadlastel kavandada mälu sihipärasemaid uuringuid ja stimuleerida ka edusamme neuromorfse riistvara, võimsate arvutisüsteemide puhul, mis on inspireeritud inimese ajust.

Aju võtab mälestusi pidevalt vastu, korraldab ja salvestab. Need protsessid, mida on uuritud lugematu hulga katsetega, on nii keerulised, et teadlased on välja töötanud matemaatilisi mudeleid, et neid täielikult mõista, ütles raamatu vanemautor Stefano Fusi. Meie välja töötatud mudel selgitab lõpuks, miks mälu aluseks olev bioloogia ja keemia on nii keerulised ning kuidas see keerukus ajendab aju mäletamisvõimet.

Arvatakse, et mälestusi hoitakse sünapsides, väikestes struktuurides neuronite pinnal. Need sünapsid toimivad kanalitena, edastades teavet, mis asub elektriimpulssides, mis tavaliselt neuronilt neuronile liiguvad. Varasemates mälumudelites võrreldi sünapside kaudu läbinud elektrisignaalide tugevust stereo helitugevuse nupuga; see valis üles, et suurendada (või vähendada, et vähendada) neuronite vahelist ühenduse tugevust. See võimaldas moodustada mälestusi.

Need mudelid töötasid väga hästi, kuna need andsid tohutu mälumahu. Kuid nad esitasid ka intrigeeriva dilemma.

Dr Fusi ütles, et sünapsite toimimise lihtsa, dialoogitaolise mudeli probleem oli see, et eeldati, et nende tugevust saab piiramatult üles või alla helistada, lisades: 'Kuid reaalses maailmas seda ei saa juhtuda. Ükskõik, kas see on stereo helitugevuse nupp või mis tahes bioloogiline süsteem, peab sellel olema füüsiline piir, kui palju see võib pöörata.

Kui need piirangud kehtestati, kukkus nende mudelite mälumaht kokku.

Nii pakkus dr Fusi koostöös Zuckermani instituudi uurija Larry Abbotiga alternatiivi, iga sünaps on keerukam kui vaid üks dial ja seda tuleks kirjeldada kui süsteemi, millel on mitu numbrit.

2005. aastal avaldasid dr Fusi ja Abbott seda ideed selgitavad uuringud. Nad kirjeldasid, kuidas sünapsis olevad erinevad valimisnumbrid võivad koos töötada, et moodustada uusi mälestusi, kaitstes samas vanu. Kuid isegi see mudel, autorid hiljem mõistsid, jäi alla sellele, mida nad uskusid, et aju, eriti inimese aju, suudab hoida.

puud, mis näevad välja nagu kirsipuud

Jõudsime arusaamisele, et mitmesugused sünaptilised komponendid ehk valimisklahvid toimisid mitte ainult erinevatel aegadel, vaid suhtlesid tõenäoliselt ka üksteisega, ütles Marcus Benna, tänase Nature Neuroscience paberi esimene autor. Kui lisasime oma mudelile komponentidevahelise suhtluse, suurenes mälumaht tohutult, muutudes palju esinduslikumaks elusajus saavutatava kohta.

Vaadake, mis veel uudiseid teeb.

Dr Benna võrdles selle uue mudeli komponente keeduklaaside süsteemiga, mis on üksteisega ühendatud torude seeria kaudu.

Ühendatud keeduklaaside komplektis, millest igaüks on täidetud erineva koguse veega, kipub vedelik voolama nende vahel nii, et veetase ühtlustub. Meie mudelis esindavad keeduklaasid sünapsis erinevaid komponente, selgitas dr Benna. Vedeliku lisamine ühele keeduklaasile või osa selle eemaldamine tähistab uute mälestuste kodeerimist. Aja jooksul hajub sellest tulenev vedeliku vool teiste keeduklaaside vahel, mis vastab mälestuste pikaajalisele säilitamisele.

Mõlemad teadlased loodavad, et see töö võib aidata neuroteadlasi laboris, toimides teoreetilise raamistikuna tulevaste katsete suunamiseks, mis viib lõpuks aju täielikuma ja üksikasjalikuma iseloomustuseni.

erinevat tüüpi puid koos nimedega

Kuigi mälu sünaptiline alus on hästi aktsepteeritud, ei ole Nobeli laureaadi ja Zuckermani Instituudi kaasdirektori dr Eric Kandeli töö tõttu väga raske selgitada, kuidas sünapsid toetavad mälestusi paljude aastate jooksul ilma degradeerumiseta, ütles dr Abbott. Dr Benna ja Fusi peaksid olema juhendiks teadlastele, kes uurivad sünapsi molekulaarset keerukust.

mustad ja valged värvilised lilled

Selle mudeli tehnoloogilised tagajärjed on samuti paljulubavad. Dr Fusi on pikka aega huvitanud neuromorfne riistvara, arvutid, mis on loodud bioloogilise aju jäljendamiseks.

Tänapäeval piirab neuromorfset riistvara mälumaht, mis võib olla katastroofiliselt madal, kui need süsteemid on mõeldud iseseisvaks õppimiseks, ütles dr Fusi. Sünaptilise mälu parema mudeli loomine võib aidata seda probleemi lahendada, kiirendades elektrooniliste seadmete arendamist. nii kompaktne kui ka energiatõhus ning sama võimas kui inimese aju.

See paber pealkirjaga 'Sünaptilise mälu konsolideerimise arvutuspõhimõtted' avaldatakse Internetis Nature Neuroscience'is.

Ülaltoodud artikkel on ainult informatiivne ja ei ole mõeldud professionaalse meditsiinilise nõustamise asendamiseks. Küsige alati oma arstilt või muult kvalifitseeritud tervishoiutöötajalt juhiseid, kui teil on küsimusi oma tervise või tervisliku seisundi kohta.