Miega laikā hipokamps un neokortekss mijiedarbojas veidos, kas ir būtiski atmiņas veidošanai

Miega laikā hipokamps un neokortekss mijiedarbojas veidos, kas ir būtiski atmiņas veidošanai

Izmantojot neironu tīkla modeli, Penn neirozinātniece Anna Šapiro un kolēģi atklāja, ka hipokamps un neokortekss mijiedarbojas veidos, kas ir būtiski atmiņas veidošanai, ķermenim pārvietojoties starp REM un lēno viļņu miega cikliem.

Kāda loma atmiņu veidošanā ir miega posmiem? "Mēs jau sen zinām, ka miega laikā notiek noderīga mācīšanās," saka neirozinātniece Anna Šapiro no Pensilvānijas universitātes. "Jūs iekodējat jaunu pieredzi, kamēr esat nomodā, jūs aizmiegat, un, pamostoties, jūsu atmiņa ir kaut kā mainījusies."

Taču tas, kā tieši miega laikā tiek apstrādāta jaunā pieredze, lielākoties ir palicis noslēpums. Izmantojot neironu tīkla skaitļošanas modeli, ko viņi izveidoja, Schapiro, Penn Ph.D. Studentiem Dhairyya Singh un Kenneth Norman no Prinstonas universitātes tagad ir jauns ieskats procesā.

Pētījumos, kas publicēti Proceedings of the National Academy of Sciences, tie liecina, ka hipokamps māca neokorteksam to, ko tā ir iemācījusies, kad smadzenes ciklējas lēna viļņa un ātras acu kustības (REM) miegā, kas notiek apmēram piecas reizes naktī, lai pārvērstu jaunu, īslaicīgu informāciju paliekošās atmiņās.

Tas nav tikai mācīšanās modelis vietējās smadzeņu ķēdēs. Tādā veidā viens smadzeņu reģions var iemācīt citu smadzeņu reģionu miega laikā, laikā, kad no ārpasaules nav norādījumu. Tas ir arī ieteikums, kā mēs laika gaitā graciozi mācāmies, mainoties mūsu videi.

Anna Šapiro, Pennas psiholoģijas katedras docente

Vispārīgi runājot, Šapiro pēta cilvēku mācīšanos un atmiņu, jo īpaši to, kā cilvēki iegūst un nostiprina jaunu informāciju. Viņa jau sen ir uzskatījusi, ka miega nozīme šeit ir, ko viņa un viņas komanda pārbaudīja laboratorijā, reģistrējot to, kas notiek dalībnieku smadzenēs, kamēr viņi guļ.

Viņas komanda arī veido neironu tīklu modeļus, lai simulētu mācīšanās un atmiņas funkcijas. Īpaši šim darbam Šapiro un kolēģi izveidoja neironu tīkla modeli, kas sastāv no hipokampa, smadzeņu centra jaunām atmiņām, kura uzdevums ir apgūt pasaules ikdienas, epizodisko informāciju un neokorteksu, kas ir atbildīgs par tādiem aspektiem kā valodas līmeņa izziņa un pastāvīgāka atmiņas glabāšana. Simulētā miega laikā pētnieki var novērot un reģistrēt, kuri simulētie neironi iedegas šajās divās zonās, un pēc tam analizēt šos aktivitātes modeļus.

Komanda veica vairākas miega simulācijas, izmantojot smadzeņu iedvesmotu mācību algoritmu, ko viņi izstrādāja. Simulācijas parādīja, ka lēna viļņa miega laikā smadzenes galvenokārt atsauc atmiņā jaunākos notikumus un datus, vadoties pēc hipokampa, un REM miega laikā lielākoties atkārto to, kas notika iepriekš, vadoties pēc atmiņas uzglabāšanas neokortikālajos reģionos.

Neiroloģijas e-grāmata

Pagājušā gada populārāko interviju, rakstu un ziņu apkopojums. Lejupielādējiet kopiju šodien

"Tā kā abi smadzeņu reģioni savienojas ne-REM miega laikā, hipokamps faktiski māca neokorteksu," saka Singhs, Šapiro laboratorijas otrā kursa absolvents. "Tad REM laikā neokortekss atkal aktivizējas un var atkārtot to, ko tas jau zina," tādējādi saglabājot datus ilgtermiņa atmiņā.

Viņš saka, ka ir svarīgi arī pārslēgties starp abām miega fāzēm. "Kad neokorteksam nav iespējas atspoguļot savu informāciju, mēs redzam, ka tur esošā informācija tiek pārrakstīta. Mēs uzskatām, ka jums ir nepieciešams pārmaiņus REM un ne-REM miegs, lai notiktu spēcīga atmiņa."

Rezultāti atbilst tam, kas ir zināms šajā jomā, lai gan modeļa aspekti joprojām ir teorētiski. "Mums tas joprojām ir jāpārbauda," saka Šapiro. "Viens no mūsu nākamajiem soļiem būs eksperimentu veikšana, lai saprastu, vai REM miegs patiešām atgriež vecās atmiņas un kāda ir tā ietekme uz jaunas informācijas integrēšanu jūsu esošajās zināšanās."

Tā kā pašreizējās simulācijas tika balstītas uz tipisku pieaugušo veselīgu nakts miegu, tās ne vienmēr attiecas uz citiem pieaugušajiem vai mazāk lieliskiem miega ieradumiem. Tie arī nesniedz ieskatu par to, kas notiek ar bērniem, kuriem nepieciešams atšķirīgs acu kontakta daudzums un veids nekā pieaugušajiem. Šapiro saka, ka redz viņas modelei lielu potenciālu atbildēt uz dažiem no šiem atklātajiem jautājumiem. "Izmantojot šādu rīku, jūs varat doties daudzos virzienos, jo īpaši tāpēc, ka miega arhitektūra mainās dzīves laikā un dažādās slimībās, un mēs varam simulēt šīs izmaiņas modelī," viņa saka.

Ilgtermiņā labāka izpratne par miega posmu lomu atmiņā varētu palīdzēt informēt par psihisku un neiroloģisko traucējumu ārstēšanu, kuru simptoms ir miega deficīts. Sings saka, ka tas varētu ietekmēt arī dziļo mācīšanos un mākslīgo intelektu. "Mūsu bioloģiski iedvesmotais algoritms varētu sniegt jaunus virzienus jaudīgākai bezsaistes atmiņas apstrādei AI sistēmās," viņš saka. Šis koncepcijas pierādījums, kas savieno miegu un atmiņas veidošanos, pietuvina jomu soli tuvāk šiem mērķiem.

Avots:

Pensilvānijas Universitāte

Atsauce:

Singh, D., et al. (2022) Autonomās mijiedarbības modelis starp hipokampu un neokorteksu, kas veicina no miega atkarīgu atmiņas konsolidāciju. PNAS. doi.org/10.1073/pnas.2123432119.

.