أثناء النوم، يتفاعل الحُصين والقشرة المخية الحديثة بطرق مهمة لتكوين الذاكرة

أثناء النوم، يتفاعل الحُصين والقشرة المخية الحديثة بطرق مهمة لتكوين الذاكرة

وباستخدام نموذج الشبكة العصبية، وجدت آنا شابيرو، عالمة الأعصاب في بنسلفانيا، وزملاؤها أن الحُصين والقشرة المخية الحديثة يتفاعلان بطرق بالغة الأهمية لتكوين الذاكرة أثناء تحرك الجسم بين دورات نوم حركة العين السريعة ودورات النوم ذات الموجة البطيئة.

ما الدور الذي تلعبه مراحل النوم في تكوين الذكريات؟ تقول عالمة الأعصاب آنا شابيرو من جامعة بنسلفانيا: "لقد عرفنا منذ زمن طويل أن التعلم المفيد يحدث أثناء النوم". "إنك تشفر تجارب جديدة عندما تكون مستيقظًا، ثم تغفو، وعندما تستيقظ تكون ذاكرتك قد تغيرت بطريقة ما."

لكن كيفية معالجة التجارب الجديدة أثناء النوم ظلت لغزا إلى حد كبير. باستخدام نموذج حسابي للشبكة العصبية قاموا ببنائه، Schapiro، Penn Ph.D. الطالبان ديريا سينغ وكينيث نورمان من جامعة برينستون لديهما الآن رؤى جديدة حول هذه العملية.

في بحث نُشر في Proceedings of the National Academy of Sciences، أظهروا أن الحصين يعلم القشرة المخية الحديثة ما تعلمته أثناء دورات الدماغ من خلال نوم الموجة البطيئة وحركة العين السريعة (REM)، والذي يحدث حوالي خمس مرات في الليلة، لتحويل المعلومات الجديدة والعابرة إلى ذكريات دائمة.

وهذا ليس مجرد نموذج للتعلم في الدوائر المحلية في الدماغ. وبهذه الطريقة، يمكن لمنطقة دماغية واحدة أن تعلم منطقة دماغية أخرى أثناء النوم، في وقت لا يوجد فيه توجيه من العالم الخارجي. إنه أيضًا اقتراح لكيفية التعلم بأمان مع مرور الوقت مع تغير بيئتنا.

آنا شابيرو، أستاذ مساعد في قسم علم النفس بجامعة بنسلفانيا

بشكل عام، يدرس شابيرو التعلم والذاكرة عند البشر، وخاصة كيفية اكتساب الناس للمعلومات الجديدة وتجميعها. لقد اعتقدت منذ فترة طويلة أن النوم يلعب دورًا هنا، وهو أمر اختبرته هي وفريقها في المختبر من خلال تسجيل ما يحدث في أدمغة المشاركين أثناء نومهم.

يقوم فريقها أيضًا ببناء نماذج الشبكة العصبية لمحاكاة وظائف التعلم والذاكرة. خصيصًا لهذا العمل، قام شابيرو وزملاؤه ببناء نموذج شبكة عصبية يتكون من الحصين، وهو مركز الدماغ للذكريات الجديدة، والمكلف بتعلم المعلومات العرضية اليومية في العالم، والقشرة المخية الحديثة، المسؤولة عن جوانب مثل الإدراك على مستوى اللغة والتخزين الدائم للذاكرة. أثناء محاكاة النوم، يمكن للباحثين مراقبة وتسجيل الخلايا العصبية التي يتم محاكاة إطلاقها في هاتين المنطقتين ومن ثم تحليل أنماط النشاط هذه.

أجرى الفريق العديد من عمليات محاكاة النوم باستخدام خوارزمية تعلم مستوحاة من الدماغ قاموا بتطويرها. أظهرت عمليات المحاكاة أنه أثناء نوم الموجة البطيئة، يتذكر الدماغ في الغالب الأحداث والبيانات الأخيرة، مسترشدًا بالحُصين، وأثناء نوم حركة العين السريعة يكرر في الغالب ما حدث من قبل، مسترشدًا بتخزين الذاكرة في مناطق القشرة المخية الحديثة.

الكتاب الاليكتروني لعلم الأعصاب

تجميع لأهم المقابلات والمقالات والأخبار من العام الماضي. تحميل نسخة اليوم

يقول سينغ، وهو طالب دراسات عليا في السنة الثانية في مختبر شابيرو: "بينما تتصل منطقتا الدماغ أثناء مرحلة نوم غير حركة العين السريعة، يقوم الحُصين بتعليم القشرة المخية الحديثة". "بعد ذلك، أثناء حركة العين السريعة، يتم إعادة تنشيط القشرة المخية الحديثة ويمكنها تكرار ما تعرفه بالفعل،" وبالتالي حفظ البيانات في الذاكرة طويلة المدى.

ويقول إن التبديل بين مرحلتي النوم مهم أيضًا. "عندما لا تتاح للقشرة المخية الحديثة فرصة لتعكس معلوماتها الخاصة، فإننا نرى أنه يتم الكتابة فوق المعلومات هناك. ونحن نعتقد أنك بحاجة إلى الحصول على نوم REM ونوم غير REM بالتناوب من أجل تكوين ذاكرة قوية."

وتتفق النتائج مع ما هو معروف في هذا المجال، على الرغم من أن جوانب النموذج لا تزال نظرية. يقول شابيرو: "لا يزال يتعين علينا اختبار ذلك". "ستكون إحدى خطواتنا التالية هي إجراء تجارب لفهم ما إذا كان نوم حركة العين السريعة يعيد بالفعل الذكريات القديمة وما هو التأثير الذي قد يحدثه ذلك على دمج المعلومات الجديدة في معرفتك الحالية."

ونظرًا لأن عمليات المحاكاة الحالية كانت مبنية على النوم الصحي النموذجي للبالغين، فإنها لا تعمم بالضرورة على أنواع أخرى من البالغين أو عادات نوم أقل جودة. كما أنها لا تقدم أي فكرة عما يحدث للأطفال، الذين يحتاجون إلى كميات وأنواع مختلفة من التواصل البصري مقارنة بالبالغين. تقول شابيرو إنها ترى إمكانات كبيرة لنموذجها للإجابة على بعض هذه الأسئلة المفتوحة. وتقول: "باستخدام أداة كهذه، يمكنك الذهاب في اتجاهات عديدة، خاصة وأن بنية النوم تتغير على مدار العمر وعبر الأمراض المختلفة، ويمكننا محاكاة هذه التغييرات في النموذج".

على المدى الطويل، يمكن أن يساعد الفهم الأفضل لدور مراحل النوم في الذاكرة في علاج الاضطرابات النفسية والعصبية التي يكون نقص النوم من أعراضها. يقول سينغ إنه قد تكون هناك أيضًا آثار على التعلم العميق والذكاء الاصطناعي. ويقول: "يمكن لخوارزميتنا المستوحاة بيولوجيًا أن توفر اتجاهات جديدة لمعالجة أكثر قوة للذاكرة غير المتصلة بالإنترنت في أنظمة الذكاء الاصطناعي". إن هذا العمل لإثبات المفهوم الذي يربط بين النوم وتكوين الذاكرة يجعل المجال أقرب إلى هذه الأهداف.

مصدر:

جامعة بنسلفانيا

مرجع:

سينغ، D.، وآخرون. (2022) نموذج للتفاعلات اللاإرادية بين الحصين والقشرة المخية الحديثة التي تدفع إلى تعزيز الذاكرة المعتمدة على النوم. بناس. doi.org/10.1073/pnas.2123432119.

.