UCLA Health atliktas tyrimas pradėjo atskleisti vieną iš pagrindinių neurologijos paslapčių – kaip žmogaus smegenys užkoduoja ir įprasmina laiko ir patirties tėkmę.
Tyrimas, paskelbtas žurnale Gamtatiesiogiai užfiksavo atskirų žmonių neuronų aktyvumą ir nustatė specifinių tipų smegenų ląsteles, sudegusias tokiu būdu, kuris dažniausiai atspindėjo žmogaus patirties tvarką ir struktūrą. Straipsnis pavadintas „Žmogaus hipokampo ir entorinaliniai neuronai koduoja laikinąją patirties struktūrą“.
Jie nustatė, kad smegenys išlaiko šiuos unikalius šaudymo modelius pasibaigus patyrimui ir gali greitai juos atkurti ramybės būsenoje. Be to, smegenys taip pat gali panaudoti šiuos išmoktus modelius, kad pasiruoštų būsimiems dirgikliams po šios patirties.
Šios išvados pateikia pirmuosius empirinius įrodymus, kaip konkrečios smegenų ląstelės integruoja „ką“ ir „kada“ informaciją, kad išgautų ir išlaikytų patirtį per tam tikrą laiką.
Tyrimo vyresnysis autorius dr. Itzhak Fried teigė, kad rezultatai gali būti naudingi kuriant neuroprotezinius prietaisus, kurie pagerintų atmintį ir kitas pažinimo funkcijas, taip pat turės įtakos dirbtinio intelekto supratimui apie žmogaus smegenų pažinimą.
„Žmogaus smegenims labai svarbu atpažinti ilgainiui patirtus modelius, kad susidarytų atmintis, prognozuotų galimus ateities rezultatus ir vadovautųsi elgesys“, – sakė Friedas, UCLA Health epilepsijos chirurgijos direktorius ir Davido Geffeno mokyklos neurochirurgijos, psichiatrijos ir bioelgesio mokslų profesorius. medicinos studijas UCLA.
„Tačiau kaip šis procesas vyksta smegenyse ląstelių lygiu, iki šiol nebuvo žinoma.”
Ankstesni tyrimai, įskaitant dr. Friedą, naudojo smegenų įrašus ir neurovaizdinius tyrimus, kad suprastų, kaip smegenys apdoroja erdvinę navigaciją, o gyvūnų ir žmonių modeliuose parodė, kad du smegenų regionai – hipokampas ir entorinalinė žievė – atlieka pagrindinius vaidmenis.
Abi smegenų sritys, kurios yra svarbios atminties funkcijoms, sąveikauja, kad sukurtų „pažinimo žemėlapį“. Hipokampo neuronai veikia kaip „vietos ląstelės“, rodančios, kada gyvūnas yra konkrečioje vietoje, panašiai kaip „X“ žemėlapyje, o entorinaliniai neuronai veikia kaip „tinklelio ląstelės“, kad būtų galima nustatyti erdvinį atstumą. Šias ląsteles, pirmiausia aptiktas graužikams, vėliau Friedo grupė rado ir žmonėms.
Tolesni tyrimai parodė, kad panašūs nerviniai veiksmai atspindi neerdvinę patirtį, pvz., laiką, garso dažnį ir objektų charakteristikas. Pagrindinis Friedo ir jo kolegų atradimas buvo „koncepcinės ląstelės“ žmogaus hipokampe ir entorininėje žievėje, kurios reaguoja į konkrečius asmenis, vietas ar skirtingus objektus ir yra esminės mūsų atminties gebėjimams.
Norint laiku ištirti įvykių smegenyse apdorojimą, UCLA tyrime buvo įdarbinta 17 sunkiai įveikiama epilepsija sergančių dalyvių, kurių smegenyse klinikiniam gydymui anksčiau buvo implantuoti giluminiai elektrodai.
Tyrėjai užfiksavo dalyvių nervinę veiklą, kai jiems buvo atlikta sudėtinga procedūra, apimanti elgesio užduotis, modelio atpažinimą ir vaizdų seką.
Pirmiausia dalyviams buvo atlikta pradinė atranka, kurios metu per maždaug 40 minučių jiems kompiuteryje buvo pakartotinai parodyta apie 120 žmonių, gyvūnų, objektų ir orientyrų vaizdų. Dalyviams buvo pavesta atlikti įvairias užduotis, pavyzdžiui, nustatyti, ar vaizde pavaizduotas asmuo, ar ne. Vaizdai, tokie kaip žinomi aktoriai, muzikantai ir vietos, buvo atrinkti iš dalies pagal kiekvieno dalyvio pageidavimus.
Po to dalyviai atliko trijų fazių eksperimentą, kurio metu jie atlikdavo elgesio užduotis reaguodami į vaizdus, kurie savavališkai buvo rodomi skirtingose piramidės formos grafiko vietose. Kiekvienam dalyviui buvo atrinkti šeši vaizdai.
Pirmajame etape vaizdai buvo rodomi pseudoatsitiktine tvarka. Kitame etape vaizdų tvarka buvo nustatyta pagal vietą piramidės grafike. Galutinis etapas buvo toks pat kaip ir pirmasis.
Žiūrėdami šiuos vaizdus, dalyviai buvo paprašyti atlikti įvairias elgesio užduotis, nesusijusias su vaizdų išdėstymu piramidės grafike. Šios užduotys apėmė nustatymą, ar paveikslėlyje pavaizduotas vyras ar moteris, ar duotas vaizdas buvo atspindėtas, palyginti su ankstesne faze.
Savo analizėse Friedas ir jo kolegos nustatė, kad hipokampo-entorinaliniai neuronai palaipsniui pradėjo keisti ir glaudžiai derinti savo veiklą su vaizdų seka piramidės diagramose. Pasak Friedo, šie modeliai buvo suformuoti natūraliai ir be tiesioginių nurodymų dalyviams. Be to, neuronų modeliai atspindėjo būsimų dirgiklių tikimybę ir išlaikė užkoduotus modelius net po to, kai buvo atlikta užduotis.
„Šis tyrimas mums pirmą kartą parodo, kaip smegenys naudoja analogiškus mechanizmus, kad reprezentuotų iš pažiūros labai skirtingus informacijos tipus: erdvę ir laiką“, – sakė Friedas.
„Mes parodėme neuronų lygmeniu, kaip šiuos objektų trajektorijų vaizdus laike įtraukia žmogaus hipokampo-entorininė sistema.”
Pagrindinis tyrimo autorius buvo Pawelas Tacikowskis su bendraautoriais Guldamla Kalendar ir Davide Ciliberti.