Исследователи раскрыли ключевые механизмы мозга для организации воспоминаний во времени.
Новое исследование подробно описывает открытие фундаментальных механизмов, с помощью которых область гиппокампа мозга организует воспоминания в последовательности, и то, как это можно использовать для планирования будущего поведения.
Открытие может стать важным ранним шагом к пониманию нарушений памяти при когнитивных расстройствах, таких как болезнь Альцгеймера и другие формы деменции.
Объединив методы электрофизиологической регистрации грызунов со статистическим машинным анализом огромных массивов данных, исследователи обнаружили доказательства того, что гиппокампа сеть кодирует и сохраняет последовательность событий, чтобы помочь в принятии решений.
«Наш мозг довольно хорошо записывает, когда происходят определенные переживания или события. Эта способность помогает нам функционировать в повседневной жизни, но до этого исследования у нас не было четкого представления о нейронных механизмах, стоящих за этими процессами», — говорит автор-корреспондент Норберт Фортин, доцент кафедры нейробиологии и поведения Калифорнийского университета. Ирвин.
«Что касается всех, так это то, что этот тип памяти сильно нарушается при различных неврологических расстройствах или просто при старении, поэтому нам действительно нужно знать, как работает эта функция мозга».
Проект, на реализацию которого ушло более трех лет, включал этапы экспериментов и анализа данных. Исследователи наблюдали за возбуждением нейронов в мозгу крыс, когда они проходили серию тестов на определение запаха. Представляя пять различных Пахнет в различных последовательностях ученые смогли измерить память животных о правильной последовательности и определить, как их мозг улавливает эти последовательные отношения.
«Аналогия, о которой я бы подумал, — это вычисления, — говорит Фортин. «Если бы я воткнул электроды в ваш мозг — мы не можем; вот почему мы используем крыс — я мог видеть, какие клетки активируются, а какие нет в любой момент. Это дает нам некоторое представление о том, как мозг представляет и вычисляет информацию. Когда мы записываем шаблоны активности в структуре, это похоже на то, что мы видим нули и единицы в компьютере».
Полученные с миллисекундными интервалами в течение нескольких минут измерения активности и бездействия нейронов представляют собой динамическую картину функционирования мозга. Фортин говорит, что он и его коллеги каким-то образом могли «читать мысли» своих испытуемых, просматривая «кодирование» клеток — какие из них активировались, а какие нет — в быстрой последовательности.
Быстро двигаться
«Когда вы думаете о чем-то, это происходит быстро», — говорит он. — Ты не застрял в этом воспоминании надолго. Прямо сейчас это представлено, но мы видим, как это очень быстро меняется».
Фортин заранее знал, что показания активности гиппокампа приведут к огромному количеству необработанных данных. На начальных этапах проекта он заручился поддержкой статистиков из Школы информационных и компьютерных наук имени Дональда Брена.
«Вопросы нейронауки, которые у нас были в то время в моей лаборатории, были слишком сложными для статистических знаний, которые у нас были. Вот почему нам нужно было привлечь партнеров с опытом работы с данными», — говорит Фортин.
«Эти новые исследования в области нейробиологии полагаются на методы науки о данных из-за сложности их данных», — говорит старший соавтор Бабак Шахбаба, профессор статистики. «Мозговая деятельность записывается в миллисекундном масштабе, и эти эксперименты длятся более часа, поэтому вы можете себе представить, как быстро растет объем данных. Доходит до того, что нейробиологам нужны более продвинутые методы для достижения того, что они представляли, но не смогли реализовать».
Он отмечает, что когда нейроны кодируют информацию, такую как воспоминания, ученые могут получить представление об этом процессе, изучив характер всплесков активности во всех зарегистрированных нейронах, известных под общим названием «ансамбль».
«Мы обнаружили, что можем рассматривать эти нейронные паттерны как изображения, и это открыло нам возможность применять методы глубокого машинного обучения», — говорит Шахбаба. «Мы проанализировали данные с помощью сверточной нейронной сети, которая часто используется в приложениях для обработки изображений, таких как распознавание лиц».
Таким образом, исследователи смогли расшифровать срабатывание нейронов для получения информации.
«Мы знаем, как выглядит сигнатура для запаха B, так же, как мы знаем сигнатуры для A, C и D», — говорит Фортин. «Из-за этого вы можете видеть, когда эти подписи снова появляются в другой момент времени, например, когда наши субъекты ожидают чего-то, что еще не произошло. Мы видим, как эти подписи быстро воспроизводятся, поскольку они думают о будущем».
Шахбаба говорит, что инструменты и методологии, разработанные в ходе этого проекта, могут быть применены к широкому кругу проблем, и Фортин может расширить направление своих исследований на другие области мозга.
Об авторах
Работа появляется в Природа связи.
Финансирование поступило от Национальных институтов здравоохранения, Национального научного фонда и Фонда Уайтхолла.
Источник: UC Irvine
Книги по повышению производительности из списка бестселлеров Amazon
«Пик: секреты новой науки экспертизы»
Андерс Эрикссон и Роберт Пул
В этой книге авторы опираются на свои исследования в области знаний, чтобы дать представление о том, как каждый может улучшить свои результаты в любой сфере жизни. Книга предлагает практические стратегии развития навыков и достижения мастерства с упором на преднамеренную практику и обратную связь.
Нажмите для получения дополнительной информации или для заказа
«Атомные привычки: простой и проверенный способ выработать хорошие привычки и избавиться от плохих»
Джеймс Клир
Эта книга предлагает практические стратегии формирования хороших привычек и избавления от плохих, уделяя особое внимание небольшим изменениям, которые могут привести к большим результатам. Книга основана на научных исследованиях и примерах из реальной жизни, чтобы дать практические советы всем, кто хочет улучшить свои привычки и добиться успеха.
Нажмите для получения дополнительной информации или для заказа
«Мышление: новая психология успеха»
Кэрол С. Двек
В этой книге Кэрол Дуэк исследует концепцию образа мышления и то, как он может повлиять на нашу производительность и успех в жизни. Книга предлагает понимание разницы между фиксированным мышлением и мышлением роста, а также предоставляет практические стратегии для развития мышления роста и достижения большего успеха.
Нажмите для получения дополнительной информации или для заказа
«Сила привычки: почему мы делаем то, что делаем в жизни и бизнесе»
Чарльз Дахигг
В этой книге Чарльз Дахигг исследует науку, лежащую в основе формирования привычек, и то, как ее можно использовать для улучшения нашей работы во всех сферах жизни. Книга предлагает практические стратегии для развития хороших привычек, избавления от плохих и создания устойчивых изменений.
Нажмите для получения дополнительной информации или для заказа
«Умнее, быстрее, лучше: секреты продуктивности в жизни и бизнесе»
Чарльз Дахигг
В этой книге Чарльз Дахигг исследует науку о продуктивности и то, как ее можно использовать для повышения производительности во всех сферах жизни. Книга основана на реальных примерах и исследованиях, чтобы дать практические советы для достижения большей производительности и успеха.
Нажмите для получения дополнительной информации или для заказа
