Alvás közben a hippocampus és a neocortex olyan módon kölcsönhatásba lép egymással, amely kritikus a memória kialakulásához

Alvás közben a hippocampus és a neocortex olyan módon kölcsönhatásba lép egymással, amely kritikus a memória kialakulásához

Anna Schapiro, a Penn idegtudósa és munkatársai egy neurális hálózati modell segítségével azt találták, hogy a hippocampus és a neocortex olyan módon kölcsönhatásba lépnek egymással, amely kritikus a memória kialakulásához, miközben a test a REM és a lassú hullámú alvási ciklusok között mozog.

Milyen szerepet játszanak az alvási szakaszok az emlékek kialakulásában? „Régóta tudjuk, hogy a hasznos tanulás alvás közben történik” – mondja Anna Schapiro, a Pennsylvaniai Egyetem idegkutatója. „Új élményeket kódolsz, miközben ébren vagy, elalszol, és amikor felébredsz, a memóriád valahogy megváltozott.”

De az, hogy az új tapasztalatok pontosan hogyan dolgozódnak fel alvás közben, nagyrészt rejtély maradt. Schapiro, Penn Ph.D. Dhairyya Singh és Kenneth Norman, a Princetoni Egyetem hallgatója most új betekintést nyert a folyamatba.

A Proceedings of the National Academy of Sciences folyóiratban megjelent kutatások azt mutatják, hogy a hippokampusz megtanítja a neokortexnek azt, amit az agy lassú hullámú és gyors szemmozgásos (REM) alvás közben ciklikusan áthalad, ami körülbelül ötször történik meg egy éjszaka, hogy az új, múló információkat maradandó emlékekké alakítsa.

Ez nem csak az agy lokális áramköreiben való tanulás modellje. Ily módon az egyik agyrégió egy másik agyterületet taníthat alvás közben, olyan időszakban, amikor nincs útmutatás a külvilágtól. Ez egy javaslat arra is, hogyan tanuljunk kecsesen az idő múlásával, ahogy környezetünk változik.”

Anna Schapiro, a Penn’s Pszichológiai Tanszék adjunktusa

Általánosságban véve Schapiro az emberek tanulását és emlékezetét vizsgálja, különösen azt, hogy az emberek hogyan szereznek és konszolidálnak új információkat. Régóta úgy gondolta, hogy az alvás szerepet játszik ebben, amit ő és csapata laboratóriumban teszteltek, és rögzítették, mi történik a résztvevők agyában alvás közben.

Csapata neurális hálózati modelleket is épít a tanulási és memóriafunkciók szimulálására. Kifejezetten ehhez a munkához Schapiro és munkatársai egy neurális hálózati modellt építettek, amely egy hippokampuszból, az új emlékek agyi központjából áll, amelynek feladata a világ mindennapi, epizodikus információinak megtanulása, valamint a neocortexből, amely olyan szempontokért felelős, mint a nyelvi szintű megismerés és a memória tartósabb tárolása. A szimulált alvás során a kutatók megfigyelhetik és rögzíthetik, mely szimulált neuronok tüzelnek ezen a két területen, majd elemezhetik ezeket az aktivitási mintákat.

A csapat több alvásszimulációt is végzett az agy által ihletett tanulási algoritmus segítségével. A szimulációk azt mutatták, hogy lassú hullámú alvás közben az agy leginkább a közelmúlt eseményeit és adatait idézi fel a hippocampus irányításával, REM-alvás során pedig többnyire megismétli a korábban történteket, a neokortikális régiókban tárolt memória vezérelve.

Idegtudományi e-könyv

Összeállítás az elmúlt év legjobb interjúiból, cikkeiről és híreiről. Töltse le a másolatot még ma

„Mivel a két agyrégió nem REM alvás közben kapcsolódik egymáshoz, a hippocampus valójában a neokortexet tanítja” – mondja Singh, Schapiro laboratóriumának másodéves végzős hallgatója. „Ezután a REM során a neokortex újraaktiválódik, és meg tudja ismételni azt, amit már tud”, ezáltal az adatokat a hosszú távú memóriába helyezi.

A két alvási fázis közötti váltás is fontos, mondja. "Amikor a neokortexnek nincs lehetősége saját információit tükrözni, azt látjuk, hogy az ott lévő információ felül van írva. Úgy gondoljuk, hogy váltakozó REM- és nem-REM-alvás szükséges az erős memória kialakulásához."

Az eredmények összhangban vannak a szakterületen ismertekkel, bár a modell aspektusai még csak elméletiek. „Még tesztelnünk kell” – mondja Schapiro. "Az egyik következő lépésünk az lesz, hogy kísérleteket végzünk annak megértésére, hogy a REM-alvás valóban felidézi-e a régi emlékeket, és milyen hatással lehet ez az új információk integrálására a meglévő tudásba."

Mivel a jelenlegi szimulációk egy tipikus felnőtt egészséges éjszakai alvásán alapultak, nem feltétlenül általánosítanak más típusú felnőttekre vagy kevésbé kiváló alvási szokásokra. Nem nyújtanak betekintést abba sem, hogy mi történik a gyerekekkel, akiknek más mennyiségű és típusú szemkontaktusra van szükségük, mint a felnőtteknek. Schapiro azt mondja, nagy lehetőségeket lát a modelljében, hogy megválaszolja ezeket a nyitott kérdéseket. „Egy ilyen eszközzel sok irányba el lehet jutni, különösen azért, mert az alvási architektúra az élettartam során és a különböző betegségek között változik, és ezeket a változásokat szimulálni tudjuk a modellben” – mondja.

Hosszú távon az alvási szakaszok memóriában betöltött szerepének jobb megértése segíthet a pszichiátriai és neurológiai rendellenességek kezelésében, amelyeknek az alváshiány a tünete. Singh szerint a mély tanulásra és a mesterséges intelligenciára is hatással lehetnek. „A biológiailag ihletett algoritmusunk új irányokat adhat a mesterséges intelligencia rendszerek hatékonyabb offline memóriafeldolgozásához” – mondja. Ez az alvást és az emlékezet kialakulását összekapcsoló elméleti munka egy lépéssel közelebb hozza a területet ezekhez a célokhoz.

Forrás:

Pennsylvaniai Egyetem

Referencia:

Singh, D. és mtsai. (2022) A hippocampus és a neocortex közötti autonóm kölcsönhatások modellje, amely az alvásfüggő memóriakonszolidációt hajtja végre. PNAS. doi.org/10.1073/pnas.2123432119.

.