Ugotovite, kako možgani ustvarjajo nove spomine in ohranjajo stare

Znanstveniki so razvili nov matematični model, ki pomaga razložiti, kako biološka kompleksnost človeških možganov omogoča odlaganje novih spominov, ne da bi izbrisali stare.

Procesi človeških možganov so tako zapleteni, da so znanstveniki razvijali matematične modele, da bi jih v celoti razumeli. (Vir: Pixabay)

Nova študija kaže, kako naši možgani ustvarjajo nove spomine, ne da bi izbrisali starejše.

Kolumbijski znanstveniki so razvili nov matematični model, ki pomaga razložiti, kako biološka kompleksnost človeških možganov omogoča, da postavijo nove spomine, ne da bi izbrisali stare, ki ponazarjajo, kako možgani vzdržujejo zvestobo spominom leta, desetletja ali celo življenje.

oranžna in črna nejasna identifikacija gosenice

Ta model bi lahko nevroznanstvenikom pomagal oblikovati bolj ciljno usmerjene študije spomina, prav tako pa bi lahko spodbudil napredek v nevromorfni strojni opremi, zmogljivih računalniških sistemih, ki jih navdihujejo človeški možgani.

Možgani nenehno sprejemajo, organizirajo in shranjujejo spomine. Ti procesi, ki so jih preučevali v neštetih poskusih, so tako zapleteni, da so znanstveniki razvijali matematične modele, da bi jih v celoti razumeli, je dejal Stefano Fusi, višji avtor članka. Model, ki smo ga razvili, končno pojasnjuje, zakaj sta biologija in kemija, na katerih temelji spomin, tako zapleteni in kako ta kompleksnost poganja sposobnost možganov, da si zapomnijo.

Splošno velja, da so spomini shranjeni v sinapsah, drobnih strukturah na površini nevronov. Te sinapse delujejo kot vodniki in prenašajo informacije, nameščene v električnih impulzih, ki običajno prehajajo iz nevrona v nevron. V prvih modelih pomnilnika so moč električnih signalov, ki so prehajali skozi sinapse, primerjali z gumbom za glasnost na stereo; klical je navzgor, da bi povečal (ali navzdol zmanjšal) moč povezave med nevroni. To je omogočilo nastanek spominov.

Ti modeli so delovali izjemno dobro, saj so predstavljali ogromno pomnilniške zmogljivosti. Predstavili pa so tudi zanimivo dilemo.

ameriški redbud v primerjavi z vzhodnim redbudom

Težava s preprostim modelom delovanja sinaps, podobnim številčnicam, je bila v tem, da se je domnevalo, da se njihova moč lahko povečuje navzgor ali navzdol, je dejal dr. Fusi in dodal: 'V resničnem svetu pa se to ne more zgoditi. Ne glede na to, ali gre za gumb za glasnost na stereo ali katerem koli biološkem sistemu, mora obstajati fizična omejitev, koliko se lahko obrne.

Ko so bile omenjene omejitve, se je zmogljivost pomnilnika teh modelov zmanjšala.

Tako je dr. Fusi v sodelovanju s kolegom raziskovalcem Inštituta Zuckerman Larryjem Abbotom ponudil alternativo, pri kateri je vsaka sinapsa bolj zapletena kot le en klic, zato jo je treba opisati kot sistem z več številkami.

Leta 2005 sta dr. Fusi in Abbott objavila raziskavo, ki pojasnjuje to idejo. Opisali so, kako lahko različne številčnice znotraj sinapse delujejo v tandemu in tvorijo nove spomine, hkrati pa ščitijo stare. Avtorji so pozneje ugotovili, da tudi ta model ni dosegel tistega, za kar so verjeli, da bi lahko imeli možgani, zlasti človeški.

Spoznali smo, da različne sinaptične komponente ali številčnice niso delovale le v različnih časovnih obdobjih, ampak so verjetno tudi medsebojno komunicirale, je dejal Marcus Benna, prvi avtor današnjega prispevka Nature Neuroscience. Ko smo modelu dodali komunikacijo med komponentami, se je zmogljivost shranjevanja povečala za ogromen dejavnik in postala veliko bolj reprezentativna za to, kar je doseženo v živih možganih.

Poglejte, kaj še prinaša novice.

Dr Benna je sestavine tega novega modela primerjal s sistemom čaš, ki so med seboj povezane skozi vrsto cevi.

V nizu med seboj povezanih čaš, vsaka napolnjena z različnimi količinami vode, bo tekočina med njimi tekla tako, da se bo raven vode izenačila. V našem modelu čaše predstavljajo različne komponente znotraj sinapse, je pojasnil dr. Benna. Dodajanje tekočine v eno od čaš ali odstranitev le -te predstavlja kodiranje novih spominov. Sčasoma se bo nastali tok tekočine razpršil po drugih čašah, kar ustreza dolgoročnemu shranjevanju spominov.

Oba raziskovalca upata, da bo to delo lahko pomagalo nevroznanstvenikom v laboratoriju, saj bo delovalo kot teoretski okvir za vodenje prihodnjih poskusov, kar bo na koncu pripeljalo do popolnejše in podrobnejše karakterizacije možganov.

zelena gosenica z rumenimi lisami

Čeprav je sinaptična osnova spomina dobro sprejeta, deloma zaradi dela Nobelovega nagrajenca in sourednika Zuckermanovega inštituta dr. Erica Kandela, ki pojasnjuje, kako sinapse podpirajo spomine že vrsto let brez degradacije, je dejal dr. Abbott. Dr. Benna in Fusi bi morala služiti kot vodilo raziskovalcem, ki raziskujejo molekularno kompleksnost sinapse.

Tehnološke posledice tega modela so tudi obetavne. Dr Fusi je že dolgo zanimiva nevromorfna strojna oprema, računalniki, ki so zasnovani tako, da posnemajo biološke možgane.

temno vijoličen cvet z rumeno sredino

Danes je nevromorfna strojna oprema omejena z zmogljivostjo pomnilnika, ki je lahko katastrofalno nizka, če so ti sistemi zasnovani za samostojno učenje, je dejal dr. Fusi. Ustvarjanje boljšega modela sinaptičnega pomnilnika bi lahko pomagalo rešiti to težavo in pospešiti razvoj elektronskih naprav, ki so kompakten in energetsko učinkovit ter prav tako močan kot človeški možgani.

Ta članek z naslovom Računalniška načela konsolidacije sinaptičnega pomnilnika je objavljen na spletu v Nature Neuroscience.

Zgornji članek je zgolj informativne narave in ni namenjen zamenjavi strokovnega zdravniškega nasveta. Za vsa vprašanja o svojem zdravju ali zdravstvenem stanju se vedno obrnite na zdravnika ali drugega usposobljenega zdravstvenega delavca.