Ramybės smegenyse tyrimas rodo, kad neuronai repetuoja būsimą patirtį

Ramybės smegenyse tyrimas rodo, kad neuronai repetuoja būsimą patirtį

Gyvensena mityba, dietos, judėjimas

Kai kurie sapnai iš tikrųjų gali nuspėti ateitį: Nauji tyrimai parodė, kad miego metu kai kurie neuronai ne tik atkuria netolimą praeitį, bet ir numato būsimą patirtį.

Šis atradimas yra vienas iš daugybės įžvalgų, padarytų atlikus tyrimą apie miegą ir mokymąsi, paskelbtą m Gamta tyrėjų komanda iš Rice universiteto ir Mičigano universiteto. Tyrimas suteikia precedento neturintį vaizdą apie tai, kaip atskiri žiurkių hipokampo neuronai stabilizuoja ir derina erdvinius vaizdus poilsio laikotarpiais po to, kai gyvūnai pirmą kartą įveikė labirintą.

„Kai kurie neuronai užsidega reaguodami į specifinius dirgiklius”, – sakė Kamranas Diba, Mičigano anesteziologijos docentas ir atitinkamas tyrimo autorius. „Neuronai regėjimo žievėje užsidega, kai jiems pateikiamas atitinkamas regėjimo stimulas. Mūsų tiriami neuronai rodo vietos nuostatas.”

Kartu su Dibos vadovaujamais Mičigano neuronų grandinių ir atminties laboratorijos bendradarbiais Rice'o neurologas Caleb Kemere tyrė procesą, kurio metu šie specializuoti neuronai sukuria pasaulio vaizdą po naujos patirties. Konkrečiai, mokslininkai stebėjo aštrių bangų bangavimą – neuronų aktyvacijos modelį, kuris, kaip žinoma, vaidina svarbų vaidmenį įtvirtinant naujus prisiminimus, ir neseniai parodė, kad žymi, kurios naujos patirties dalys turi būti saugomos kaip prisiminimai.

„Pirmą kartą šiame darbe stebėjome, kaip šie atskiri neuronai stabilizuoja erdvinius vaizdus poilsio laikotarpiais“, – sakė Rice elektros ir kompiuterių inžinerijos bei bioinžinerijos docentas Kemere.

Miegas yra labai svarbus atminčiai ir mokymuisi ⎯ mokslas kiekybiškai įvertino šią seną intuiciją, matuodamas atminties testų našumą po miego, o ne po pabudimo ar net miego trūkumo.

Prieš porą dešimtmečių mokslininkai taip pat išsiaiškino, kad miegančių gyvūnų smegenyse esantys neuronai, kuriems buvo leista tyrinėti naują aplinką prieš pat poilsį, šaudė taip, kad tyrinėjimo metu atkartodavo gyvūnų trajektorijas.

Šis atradimas sutampa su žiniomis, kad miegas padeda naujoms patirtims kristalizuotis į stabilius prisiminimus, o tai rodo, kad daugelio šių specializuotų neuronų erdviniai vaizdai miego metu yra stabilūs. Tačiau tyrėjai norėjo išsiaiškinti, ar istorijoje yra daugiau.

„Įsivaizdavome, kad kai kurie neuronai gali pakeisti savo vaizduotę ⎯, atspindėdami mūsų visų patirtį, kai atsibundame naujai supratę problemą“, – sakė Kemere. „Tačiau norint tai parodyti, reikėjo stebėti, kaip atskiri neuronai pasiekia erdvinį derinimą, ty procesą, kurio metu smegenys išmoksta naršyti nauju maršrutu ar aplinka.”

Tyrėjai mokė žiurkes bėgioti pirmyn ir atgal pakeltu takeliu, o abiejuose galuose buvo skystas atlygis, ir stebėjo, kaip atskiri gyvūnų hipokampo neuronai šiame procese „išsišoks“. Apskaičiuodami vidutinį šuolio greitį per daugelį ratų pirmyn ir atgal, mokslininkai sugebėjo įvertinti neuronų vietos lauką arba aplinkos plotą, kuris tam tikram neuronui „rūpėjo“ labiausiai.

„Kritinis taškas yra tai, kad vietos laukai apskaičiuojami pagal gyvūno elgseną“, – sakė Kemere, pabrėždamas iššūkį įvertinti, kas atsitinka laukams poilsio laikotarpiais, kai gyvūnas fiziškai nejuda labirinte.

„Ilgai galvojau, kaip galėtume įvertinti neuronų pageidavimus už labirinto ribų, pavyzdžiui, miego metu“, – sakė Diba. „Mes išsprendėme šį iššūkį susiedami kiekvieno atskiro neurono aktyvumą su visų kitų neuronų veikla.”

Tai buvo pagrindinė tyrimo naujovė: tyrėjai sukūrė statistinio mašininio mokymosi metodą, pagal kurį kiti tirti neuronai buvo nustatyti, kur gyvūnas svajojo būti. Tada jie panaudojo tas išsvajotas pozicijas, kad įvertintų kiekvieno neurono erdvinį derinimo procesą savo duomenų rinkiniuose.

„Gebėjimas sekti neuronų pageidavimus net be dirgiklio mums buvo svarbus laimėjimas“, – sakė Diba.

Ir Diba, ir Kemere pagyrė Kouroshą Maboudi, Mičigano doktorantūros tyrėją ir pagrindinį tyrimo autorių, už jo vaidmenį kuriant išmokto derinimo metodą.

Metodas patvirtino, kad erdviniai vaizdai, susidarantys patiriant naują aplinką, daugeliui neuronų yra stabilūs per kelias valandas po patirto miego. Tačiau, kaip tyrėjai tikėjosi, istorija buvo daugiau.

„Labiausiai man patiko šis tyrimas ir priežastis, dėl kurios aš taip jaudinausi, yra pastebėjimas, kad miegant nebūtinai vienintelis dalykas, kurį šie neuronai daro, yra stabilizuoti patirties atmintį“, – sakė Kemere. . „Pasirodo, kai kurie neuronai daro ką nors kita.

„Matome šiuos kitus pokyčius, vykstančius miego metu, o kai gyvūnus grąžiname į aplinką antrą kartą, galime patvirtinti, kad šie pokyčiai tikrai atspindi tai, ko buvo išmokta gyvūnams miegant. Tai tarsi antrasis poveikis erdvėje iš tikrųjų atsitinka gyvūnui miegant.

Tai svarbu, nes tai yra tiesioginis neuroplastiškumo stebėjimas miego metu. Kemere pabrėžė, kad beveik visuose plastiškumo tyrimuose, kuriuose nagrinėjami mechanizmai, leidžiantys neuronams persijungti ir formuoti naujas reprezentacijas, atsižvelgiama į tai, kas vyksta pabudimo metu, kai dirgikliai pateikiami, o ne miego metu, kai atitinkamų dirgiklių nėra.

„Atrodo, kad smegenyse plastiškumas ar laidų perjungimas reikalauja tikrai greitų laiko intervalų“, – sakė Diba, nurodydamas įdomų ryšį tarp tikrosios patirties trukmės, „kuri gali užtrukti sekundes, minutes, bet ir valandas ar dienas“. tikrieji prisiminimai, „kurie yra itin suspausti“.

„Jei ką nors prisimeni, tai atmintis – tai akimirksniu“, – sakė Diba, nurodydamas garsiąją prancūzų modernizmo rašytojo Marcelio Prousto literatūrinę ištrauką, kurioje vaikystės prisiminimas vos akimirksniu išskleidžia visą prarastą praeities patirties pasaulį.

Šis tyrimas yra neurologijos pažangos, kurią per pastaruosius kelis dešimtmečius įgalino technologinė pažanga kuriant stabilius, didelės skiriamosios gebos neuroninius zondus, ir mašininio mokymosi pagrįstos skaičiavimo galios, pavyzdys.

Atsižvelgdamas į šiuos pasiekimus, Kemere teigė, kad smegenų mokslas yra pasirengęs padaryti didelę pažangą ateityje, tuo pačiu išreikšdamas susirūpinimą dėl pastarojo meto biudžeto mažinimo poveikio tolesniems tyrimams.

„Visiškai įmanoma, kad jei šį darbą pradėtume šiandien, galbūt nebūtume galėję atlikti šių eksperimentų ir gauti šių rezultatų“, – sakė Kemere. „Esame tikrai dėkingi, kad tokia galimybė buvo.