Med spanjem hipokampus in neokorteks sodelujeta na načine, ki so ključni za oblikovanje spomina

Med spanjem hipokampus in neokorteks sodelujeta na načine, ki so ključni za oblikovanje spomina

Z uporabo modela nevronske mreže je nevroznanstvenica Anna Schapiro s Penna ugotovila, da hipokampus in neokorteks sodelujeta na načine, ki so ključni za oblikovanje spomina, ko se telo premika med REM in počasnimi cikli spanja.

Kakšno vlogo imajo faze spanja pri oblikovanju spominov? »Že dolgo vemo, da med spanjem pride do koristnega učenja,« pravi nevroznanstvenica Anna Schapiro z Univerze v Pensilvaniji. "Kodirate nove izkušnje, ko ste budni, zaspite in ko se zbudite, se je vaš spomin nekako spremenil."

Toda kako natančno se nove izkušnje obdelujejo med spanjem, je v veliki meri ostala skrivnost. Z uporabo računalniškega modela nevronske mreže, ki so ga zgradili, je Schapiro, Penn Ph.D. Študenta Dhairyya Singh in Kenneth Norman z univerze Princeton imata zdaj nov vpogled v proces.

V raziskavi, objavljeni v Proceedings of the National Academy of Sciences, so pokazali, da hipokampus uči neokorteks, kar se je naučil, ko možgani krožijo skozi spanje s počasnimi valovi in ​​hitrimi gibi oči (REM), kar se zgodi približno petkrat na noč, da pretvori nove, bežne informacije v trajne spomine.

To ni samo model učenja v lokalnih krogih v možganih. Na ta način lahko ena možganska regija poučuje drugo možgansko regijo med spanjem, v času, ko ni vodenja iz zunanjega sveta. Je tudi predlog, kako se sčasoma elegantno učimo, ko se naše okolje spreminja.«

Anna Schapiro, docentka na Pennovem oddelku za psihologijo

Na splošno Schapiro proučuje učenje in spomin pri ljudeh, zlasti kako ljudje pridobivajo in utrjujejo nove informacije. Dolgo je verjela, da spanje igra tukaj vlogo, nekaj, kar sta ona in njena ekipa preizkusila v laboratoriju s snemanjem dogajanja v možganih udeležencev med spanjem.

Njena ekipa gradi tudi modele nevronske mreže za simulacijo funkcij učenja in spomina. Posebej za to delo so Schapiro in njegovi sodelavci zgradili model nevronske mreže, sestavljen iz hipokampusa, možganskega centra za nove spomine, ki je zadolžen za učenje vsakodnevnih, epizodnih informacij o svetu, in neokorteksa, ki je odgovoren za vidike, kot je kognicija na ravni jezika in trajnejše shranjevanje spomina. Med simuliranim spanjem lahko raziskovalci opazujejo in beležijo, kateri simulirani nevroni se sprožijo na teh dveh področjih, in nato analizirajo te vzorce aktivnosti.

Ekipa je izvedla več simulacij spanja z uporabo učnega algoritma, ki ga je navdihnil možgane, ki so ga razvili. Simulacije so pokazale, da se med počasnim spanjem možgani večinoma spominjajo nedavnih dogodkov in podatkov, ki jih vodi hipokampus, med spanjem REM pa večinoma ponavljajo, kar se je zgodilo prej, vodeno s shranjevanjem spomina v neokortikalnih regijah.

E-knjiga o nevroznanosti

Zbirka najboljših intervjujev, člankov in novic zadnjega leta. Prenesite kopijo še danes

"Ko se dve možganski regiji povežeta med spanjem, ki ni REM, hipokampus dejansko uči neokorteks," pravi Singh, študent drugega letnika podiplomskega študija v Schapirovem laboratoriju. "Nato se med REM neokorteks ponovno aktivira in lahko ponovi, kar že ve," s čimer se podatki prenesejo v dolgoročni spomin.

Pomembno je tudi preklapljanje med obema fazama spanja, pravi. "Ko neokorteks nima možnosti odražati lastnih informacij, vidimo, da so tam informacije prepisane. Verjamemo, da morate imeti izmenično REM in ne-REM spanje, da pride do močnega oblikovanja spomina."

Rezultati so skladni s tem, kar je znano na tem področju, čeprav so vidiki modela še vedno teoretični. "To moramo še preizkusiti," pravi Schapiro. "Eden naših naslednjih korakov bo izvedba poskusov, da bi razumeli, ali REM spanje res obudi stare spomine in kakšen vpliv bi to lahko imelo na vključevanje novih informacij v vaše obstoječe znanje."

Ker so trenutne simulacije temeljile na tipičnem zdravem nočnem spancu odrasle osebe, ni nujno, da posplošujejo na druge vrste odraslih ali manj odlične spalne navade. Prav tako ne ponujajo vpogleda v to, kaj se dogaja otrokom, ki potrebujejo drugačno količino in vrste očesnega stika kot odrasli. Schapiro pravi, da vidi velik potencial za svoj model, da odgovori na nekatera od teh odprtih vprašanj. "S takšnim orodjem lahko greš v veliko smeri, zlasti ker se arhitektura spanja spreminja skozi življenjsko dobo in med različnimi boleznimi, in te spremembe lahko simuliramo v modelu," pravi.

Dolgoročno bi lahko boljše razumevanje vloge faz spanja v spominu pomagalo pri obveščanju o zdravljenju psihiatričnih in nevroloških motenj, katerih simptom je pomanjkanje spanja. Singh pravi, da bi lahko prišlo tudi do posledic za globoko učenje in umetno inteligenco. »Naš biološko navdihnjen algoritem bi lahko zagotovil nove smernice za zmogljivejšo obdelavo pomnilnika brez povezave v sistemih AI,« pravi. To dokazno delo, ki povezuje spanje in oblikovanje spomina, pripelje področje korak bližje tem ciljem.

Vir:

Univerza v Pensilvaniji

Referenca:

Singh, D., et al. (2022) Model avtonomnih interakcij med hipokampusom in neokorteksom, ki poganja od spanja odvisno konsolidacijo spomina. PNAS. doi.org/10.1073/pnas.2123432119.

.