Узнайте, как мозг создает новые воспоминания, сохраняя старые

Ученые разработали новую математическую модель, которая помогает объяснить, как биологическая сложность человеческого мозга позволяет ему складывать новые воспоминания, не стирая старые.

Процессы человеческого мозга настолько сложны, что ученые разрабатывают математические модели, чтобы полностью понять их. (Источник: Pixabay)

Новое исследование показывает, как наш мозг создает новые воспоминания, не удаляя старые.

Колумбийские ученые разработали новую математическую модель, которая помогает объяснить, как биологическая сложность человеческого мозга позволяет ему складывать новые воспоминания, не стирая старые, демонстрируя, как мозг поддерживает точность воспоминаний в течение многих лет, десятилетий или даже всей жизни.

как часто ты поливаешь кактус

Эта модель может помочь нейробиологам разрабатывать более целенаправленные исследования памяти, а также стимулировать развитие нейроморфного оборудования, мощных вычислительных систем, вдохновленных человеческим мозгом.

Мозг постоянно получает, организует и хранит воспоминания. Эти процессы, которые изучались в бесчисленных экспериментах, настолько сложны, что ученые разрабатывают математические модели, чтобы полностью понять их, сказал Стефано Фузи, старший автор статьи. Модель, которую мы разработали, наконец, объясняет, почему биология и химия, лежащие в основе памяти, настолько сложны, и как эта сложность влияет на способность мозга к запоминанию.

Считается, что воспоминания хранятся в синапсах, крошечных структурах на поверхности нейронов. Эти синапсы действуют как проводники, передавая информацию, содержащуюся в электрических импульсах, которые обычно проходят от нейрона к нейрону. В самых ранних моделях памяти сила электрических сигналов, проходящих через синапсы, сравнивалась с ручкой регулировки громкости на стереосистеме; она увеличивалась, чтобы увеличить (или уменьшать, чтобы понизить) силу связи между нейронами. Это позволило сформировать воспоминания.

Эти модели работали очень хорошо, так как у них был огромный объем памяти. Но они также поставили перед собой интригующую дилемму.

Проблема с простой, похожей на циферблат моделью функционирования синапсов заключалась в том, что предполагалось, что их сила может увеличиваться или уменьшаться бесконечно, - сказал доктор Фуси, добавив: «Но в реальном мире этого не может быть». Будь то ручка громкости на стереосистеме или любой другой биологической системе, должен быть физический предел ее поворота.

Когда были введены эти ограничения, объем памяти этих моделей резко сократился.

Таким образом, доктор Фузи в сотрудничестве с коллегой-исследователем из Института Цукермана Ларри Эбботом предложил альтернативу: каждый синапс является более сложным, чем просто один циферблат, и вместо этого его следует описывать как систему с несколькими циферблатами.

В 2005 году доктора Фузи и Эбботт опубликовали исследование, объясняющее эту идею. Они описали, как разные циферблаты в синапсе могут работать в тандеме, чтобы формировать новые воспоминания, защищая старые. Но даже эта модель, как позже выяснили авторы, не соответствовала тому, что, по их мнению, мог удержать мозг, особенно человеческий.

нечеткая черная гусеница с красными полосками

Мы пришли к выводу, что различные синаптические компоненты, или шкалы, не только функционировали в разных временных масштабах, но и, вероятно, взаимодействовали друг с другом, - сказал Маркус Бенна, первый автор сегодняшней статьи Nature Neuroscience. После того, как мы добавили связь между компонентами в нашу модель, емкость памяти увеличилась во много раз, став гораздо более репрезентативной для того, что достигается внутри живого мозга.

Посмотрите, что еще делает новости.

Доктор Бенна сравнил компоненты этой новой модели с системой мензурок, соединенных друг с другом серией трубок.

В наборе соединенных между собой стаканов, каждый из которых наполнен разным количеством воды, жидкость будет течь между ними, так что уровни воды выравниваются. В нашей модели мензурки представляют собой различные компоненты синапса, - объяснил доктор Бенна. Добавление жидкости в один из стаканов или удаление части ее представляет собой кодирование новых воспоминаний. Со временем образующийся поток жидкости будет распространяться по другим мензуркам, что соответствует длительному хранению воспоминаний.

Оба исследователя надеются, что эта работа может помочь нейробиологам в лаборатории, выступая в качестве теоретической основы для будущих экспериментов, что в конечном итоге приведет к более полному и детальному описанию мозга.

маленькие красные ягоды на лозе

Хотя синаптическая основа памяти хорошо известна, в немалой степени благодаря работе нобелевского лауреата и содиректора Института Цукермана доктора Эрика Кандела, выяснить, как синапсы поддерживают память на протяжении многих лет без деградации, было чрезвычайно сложно, сказал доктор Эбботт. Доктора Бенна и Фуси должны служить руководством для исследователей, изучающих молекулярную сложность синапсов.

коричневый паук с зеленым пятном на спине

Технологические последствия этой модели также многообещающие. Доктор Фузи уже давно заинтригован нейроморфным оборудованием - компьютерами, которые созданы для имитации биологического мозга.

«Сегодня нейроморфное оборудование ограничено объемом памяти, который может быть катастрофически низким, когда эти системы предназначены для автономного обучения», - сказал доктор Фузи. компактный, энергоэффективный и такой же мощный, как человеческий мозг.

Эта статья под названием «Вычислительные принципы консолидации синаптической памяти» опубликована в Интернете в журнале Nature Neuroscience.

Вышеупомянутая статья предназначена только для информационных целей и не предназначена для замены профессиональной медицинской консультации. Всегда обращайтесь за советом к своему врачу или другому квалифицированному медицинскому работнику по любым вопросам, которые могут у вас возникнуть относительно вашего здоровья или состояния здоровья.