Miego metu hipokampas ir neokorteksas sąveikauja tokiais būdais, kurie yra svarbūs atminties formavimuisi

Miego metu hipokampas ir neokorteksas sąveikauja tokiais būdais, kurie yra svarbūs atminties formavimuisi

Naudodamas neuroninio tinklo modelį, Penn neuromokslininkas Anna Schapiro ir kolegos nustatė, kad hipokampas ir neokorteksas sąveikauja taip, kad jie būtų labai svarbūs atminties formavimuisi, kai kūnas juda tarp REM ir lėtos bangos miego ciklų.

Kokį vaidmenį formuojant prisiminimus atlieka miego etapai? „Mes jau seniai žinojome, kad naudingas mokymasis vyksta miego metu“, – sako neuromokslininkė Anna Schapiro iš Pensilvanijos universiteto. „Burdamas užkoduojate naujus potyrius, užmiegate, o pabudus jūsų atmintis kažkaip pasikeitė“.

Tačiau kaip tiksliai miegant apdorojama nauja patirtis, iš esmės liko paslaptis. Naudodami neuroninio tinklo skaičiavimo modelį, kurį jie sukūrė, Schapiro, Penn Ph.D. Studentai Dhairyya Singh ir Kennethas Normanas iš Prinstono universiteto dabar turi naujų įžvalgų apie procesą.

Tyrimuose, paskelbtuose Nacionalinės mokslų akademijos darbuose, jie rodo, kad hipokampas moko neokorteksą to, ko jis išmoko, kai smegenys per lėto bangos ir greito akių judėjimo (REM) miegą, kuris vyksta maždaug penkis kartus per naktį, paverstų naują, trumpalaikę informaciją ilgalaikiais prisiminimais.

Tai ne tik mokymosi lokaliose smegenų grandinėse modelis. Tokiu būdu viena smegenų sritis gali išmokyti kitą smegenų sritį miego metu, tuo metu, kai nėra jokių nurodymų iš išorinio pasaulio. Tai taip pat pasiūlymas, kaip laikui bėgant, keičiantis aplinkai, maloniai mokomės.

Anna Schapiro, Penno psichologijos katedros docentė

Apskritai Schapiro tiria žmonių mokymąsi ir atmintį, ypač tai, kaip žmonės įgyja ir įtvirtina naują informaciją. Ji jau seniai tikėjo, kad miegas čia vaidina svarbų vaidmenį, ką ji ir jos komanda išbandė laboratorijoje, registruodami, kas vyksta dalyvių smegenyse jiems miegant.

Jos komanda taip pat kuria neuroninių tinklų modelius, kad imituotų mokymosi ir atminties funkcijas. Konkrečiai šiam darbui Schapiro ir kolegos sukūrė neuroninio tinklo modelį, kurį sudaro hipokampas, smegenų centras naujiems prisiminimams, kuriam pavesta išmokti kasdienę, epizodinę informaciją, ir neokorteksas, atsakingas už tokius aspektus kaip kalbos lygio pažinimas ir nuolatinis atminties saugojimas. Imituojamo miego metu mokslininkai gali stebėti ir įrašyti, kurie imituoti neuronai užsidega šiose dviejose srityse, o tada analizuoti šiuos veiklos modelius.

Komanda atliko keletą miego modelių, naudodama smegenų įkvėptą mokymosi algoritmą. Modeliavimas parodė, kad lėto miego metu smegenys dažniausiai prisimena naujausius įvykius ir duomenis, vadovaudamosi hipokampu, o REM miego metu dažniausiai kartoja tai, kas nutiko anksčiau, vadovaudamosi atminties saugojimu neokortikiniuose regionuose.

Neurologijos e-knyga

Populiariausių praėjusių metų interviu, straipsnių ir naujienų rinkinys. Atsisiųskite kopiją šiandien

„Kadangi du smegenų regionai susijungia ne REM miego metu, hipokampas iš tikrųjų moko neokorteksą“, - sako Schapiro laboratorijos antrojo kurso magistrantas Singhas. „Tada REM metu neokorteksas vėl suaktyvėja ir gali pakartoti tai, ką jau žino“, taip įkeldamas duomenis į ilgalaikę atmintį.

Jis sako, kad taip pat svarbu perjungti dvi miego fazes. "Kai neokorteksas neturi galimybės atspindėti savo informacijos, matome, kad ten esanti informacija yra perrašyta. Manome, kad norint formuotis stipriai atmintis, reikia pakaitomis REM ir ne REM miego."

Rezultatai atitinka tai, kas žinoma šioje srityje, nors modelio aspektai vis dar teoriniai. „Mes vis dar turime tai išbandyti“, - sako Schapiro. „Vienas iš mūsų tolesnių žingsnių bus atlikti eksperimentus, kad suprastume, ar REM miegas tikrai sugrąžina senus prisiminimus ir kokį poveikį tai gali turėti naujos informacijos integravimui į turimas žinias.

Kadangi dabartiniai modeliavimai buvo pagrįsti įprastu sveiko suaugusiojo nakties miegu, jie nebūtinai apima kitus suaugusiųjų tipus ar ne tokius puikius miego įpročius. Jie taip pat nesuteikia jokios informacijos apie tai, kas atsitinka vaikams, kuriems reikalingas kitoks akių kontaktas nei suaugusiesiems. Schapiro sako, kad mato didelį savo modelio potencialą atsakyti į kai kuriuos iš šių atvirų klausimų. „Naudodami tokį įrankį galite eiti įvairiomis kryptimis, ypač todėl, kad miego architektūra keičiasi per visą gyvenimą ir įvairias ligas, ir mes galime imituoti šiuos modelio pokyčius“, - sako ji.

Ilgainiui geresnis miego etapų vaidmens atmintyje supratimas galėtų padėti gydyti psichikos ir neurologinius sutrikimus, kurių simptomas yra miego trūkumas. Singhas sako, kad tai taip pat gali turėti įtakos giliam mokymuisi ir dirbtiniam intelektui. „Mūsų biologiškai įkvėptas algoritmas galėtų suteikti naujų krypčių galingesniam atminties apdorojimui neprisijungus AI sistemose“, – sako jis. Šis koncepcijos įrodymas, susiejantis miegą ir atminties formavimąsi, priartina sritį prie šių tikslų.

Šaltinis:

Pensilvanijos universitetas

Nuoroda:

Singh, D. ir kt. (2022) Hipokampo ir neokortekso autonominės sąveikos modelis, skatinantis nuo miego priklausomą atminties konsolidavimą. PNAS. doi.org/10.1073/pnas.2123432119.

.