Une ajal interakteeruvad hipokampus ja neokorteks viisil, mis on mälu moodustamiseks kriitilise tähtsusega

Une ajal interakteeruvad hipokampus ja neokorteks viisil, mis on mälu moodustamiseks kriitilise tähtsusega

Neuraalvõrgu mudelit kasutades leidsid Penni neuroteadlane Anna Schapiro ja tema kolleegid, et hipokampus ja neokorteks interakteeruvad viisil, mis on mälu moodustamiseks kriitilise tähtsusega, kui keha liigub REM-i ja aeglase laine unetsüklite vahel.

Millist rolli mängivad unefaasid mälestuste kujunemisel? "Oleme juba ammu teadnud, et kasulik õppimine toimub une ajal," ütleb neuroteadlane Anna Schapiro Pennsylvania ülikoolist. "Te kodeerite ärkvel olles uusi kogemusi, jääte magama ja ärgates on teie mälu kuidagi muutunud."

Kuidas aga täpselt une ajal uusi kogemusi töödeldakse, on jäänud suuresti saladuseks. Kasutades nende loodud närvivõrgu arvutusmudelit, Schapiro, Penn Ph.D. Üliõpilased Dhairyya Singh ja Kenneth Norman Princetoni ülikoolist saavad nüüd protsessist uusi teadmisi.

Ajakirjas Proceedings of the National Academy of Sciences avaldatud uuringutes näitavad nad, et hipokampus õpetab neokorteksile seda, mida ta on õppinud, kui aju liigub läbi aeglase ja kiire silmade liikumise (REM) une, mis toimub umbes viis korda öösel, et muuta uudne, põgus teave püsivateks mälestusteks.

See ei ole ainult aju lokaalsetes ahelates õppimise mudel. Nii saab üks ajupiirkond õpetada teist ajupiirkonda une ajal, ajal, mil välismaailmast juhtnööre pole. See on ka soovitus, kuidas me õpime aja jooksul graatsiliselt, kui meie keskkond muutub.

Anna Schapiro, Penni psühholoogiaosakonna dotsent

Laias laastus uurib Schapiro inimeste õppimist ja mälu, eriti seda, kuidas inimesed uut teavet omandavad ja kinnistavad. Ta on pikka aega uskunud, et uni mängib siin rolli, mida tema ja ta meeskond katsetasid laboris, registreerides, mis toimub osalejate ajus magamise ajal.

Tema meeskond loob ka närvivõrgu mudeleid õppimis- ja mälufunktsioonide simuleerimiseks. Spetsiaalselt selle töö jaoks ehitasid Schapiro ja kolleegid närvivõrgu mudeli, mis koosneb hipokampusest, aju uute mälestuste keskusest, mille ülesandeks on õppida tundma maailma igapäevast episoodilist teavet, ja neokorteksist, mis vastutab selliste tahkude eest nagu keeletaseme tunnetus ja püsivam mälu säilitamine. Simuleeritud une ajal saavad teadlased jälgida ja salvestada, millised simuleeritud neuronid nendes kahes piirkonnas süttivad, ning seejärel analüüsida neid aktiivsusmustreid.

Meeskond viis läbi mitu une simulatsiooni, kasutades nende poolt välja töötatud aju inspireeritud õppimisalgoritmi. Simulatsioonid näitasid, et aeglase une ajal tuletab aju hipokampusest juhindudes enamjaolt meelde hiljutisi sündmusi ja andmeid ning REM-une ajal kordab enamasti varem toimunut, juhindudes mälusalvestusest neokortikaalsetes piirkondades.

Neuroteaduse e-raamat

Eelmise aasta tippintervjuude, artiklite ja uudiste koostamine. Laadige koopia alla juba täna

"Kuna kaks ajupiirkonda ühendavad mitte-REM-une ajal, õpetab hipokampus tegelikult neokorteksi," ütleb Schapiro labori teise aasta kraadiõppur Singh. "Seejärel aktiveerub neokorteks REM-i ajal uuesti ja võib korrata seda, mida ta juba teab," säilitades seeläbi andmed pikaajalises mälus.

Tema sõnul on oluline ka kahe unefaasi vahel vahetamine. "Kui neokorteksil pole võimalust enda teavet peegeldada, näeme, et seal olev teave on üle kirjutatud. Usume, et tugeva mälu tekkeks on vaja vaheldumisi REM- ja mitte-REM-une."

Tulemused on kooskõlas valdkonnas teadaolevaga, kuigi mudeli aspektid on endiselt teoreetilised. "Peame seda veel katsetama, " ütleb Schapiro. "Üks meie järgmistest sammudest on katsete läbiviimine, et mõista, kas REM-uni tõesti toob vanu mälestusi tagasi ja millist mõju see võib avaldada uue teabe integreerimisele teie olemasolevatesse teadmistesse."

Kuna praegused simulatsioonid põhinesid tüüpilise täiskasvanu tervislikul unel, ei pruugi need üldistada muud tüüpi täiskasvanutele või vähem suurepärastele uneharjumustele. Samuti ei anna need ülevaate sellest, mis juhtub lastega, kes vajavad erinevat kogust ja erinevat tüüpi silmsidet kui täiskasvanud. Schapiro ütleb, et näeb oma modellil suurt potentsiaali vastata mõnele neist lahtistest küsimustest. "Sellise tööriistaga saate liikuda mitmes suunas, eriti kuna une arhitektuur muutub eluea jooksul ja erinevate haiguste puhul ning me saame neid muutusi mudelis simuleerida," ütleb ta.

Pikemas perspektiivis võib unefaaside rolli parem mõistmine mälus aidata teavitada psühhiaatriliste ja neuroloogiliste häirete ravist, mille sümptomiks on unepuudus. Singh ütleb, et sellel võib olla ka mõju sügavale õppimisele ja tehisintellektile. "Meie bioloogiliselt inspireeritud algoritm võib anda uusi suundi võimsamaks võrguühenduseta mälu töötlemiseks AI-süsteemides, " ütleb ta. See kontseptsiooni tõestustöö, mis ühendab une ja mälu kujunemise, viib valdkonna nendele eesmärkidele sammu võrra lähemale.

Allikas:

Pennsylvania ülikool

Viide:

Singh, D. et al. (2022) Hipokampuse ja neokorteksi vahelise autonoomse interaktsiooni mudel, mis juhib unest sõltuvat mälu konsolideerimist. PNAS. doi.org/10.1073/pnas.2123432119.

.