Forskere har avdekket de viktigste hjernemekanismene for å organisere minner i tid.
Den nye studien beskriver oppdagelsen av de grunnleggende mekanismene som hippocampus-regionen i hjernen organiserer minner i sekvenser og hvordan dette kan brukes til å planlegge fremtidig atferd.
Funnet kan være et kritisk tidlig skritt mot å forstå hukommelsessvikt ved kognitive lidelser som Alzheimers sykdom og andre former for demens.
Ved å kombinere elektrofysiologiske registreringsteknikker hos gnagere med en statistisk maskinlæringsanalyse av enorme mengder data, avdekket forskerne bevis som tyder på at hippocampus nettverket koder og bevarer progresjoner av erfaringer for å hjelpe til med beslutningstaking.
"Hjernen vår holder en ganske god oversikt over når spesifikke opplevelser eller hendelser inntreffer. Denne evnen hjelper oss å fungere i vårt daglige liv, men før denne studien hadde vi ikke en klar ide om de nevronale mekanismene bak disse prosessene, sier korresponderende forfatter Norbert Fortin, førsteamanuensis i nevrobiologi og atferd ved University of California. Irvine.
"Der det forbinder med alle er at denne typen hukommelse er sterkt svekket i en rekke nevrologiske lidelser eller rett og slett med aldring, så vi trenger virkelig å vite hvordan denne hjernefunksjonen fungerer."
Prosjektet, som tok mer enn tre år å fullføre, involverte eksperimentelle og dataanalysefaser. Forskerne overvåket avfyringen av nevroner i rottenes hjerner mens de gjennomgikk en rekke luktidentifikasjonstester. Ved å presentere fem forskjellige lukter i forskjellige sekvenser var forskerne i stand til å måle dyrenes hukommelse av riktig sekvens og oppdage hvordan hjernen deres fanget disse sekvensielle relasjonene.
"Analogien jeg vil tenke på er databehandling," sier Fortin. «Hvis jeg skulle stikke elektroder i hjernen din—vi kan ikke; det er derfor vi bruker rotter – jeg kunne se hvilke celler som skyter og hvilke som ikke skyter til enhver tid. Det gir oss litt innsikt i hvordan hjernen representerer og beregner informasjon. Når vi registrerer aktivitetsmønstre i en struktur, er det som om vi ser nuller og enere i en datamaskin.»
Oppnådd i millisekunders intervaller over flere minutter, gir neuronal aktivitet og inaktivitetsmålinger et dynamisk bilde av hjernens funksjon. Fortin sier at han og kollegene hans på noen måter var i stand til å "lese tankene" til sine undersåtter ved å se "kodingen" av cellene - hvilke som skjøt og hvilke som ikke var det - i rask rekkefølge.
Flytter raskt
"Når du tenker på noe, beveger det seg raskt," sier han. «Du sitter ikke lenge i det minnet. Akkurat nå blir det representert, men vi kan se hvordan det endrer seg veldig raskt.»
Fortin visste tidlig at avlesningene av hippocampus aktivitet ville resultere i enorme mengder rådata. Fra begynnelsen av prosjektet vervet han deltakelse fra statistikere ved Donald Bren School of Information & Computer Sciences.
«De nevrovitenskapelige spørsmålene vi hadde på den tiden i laboratoriet mitt var altfor avanserte for den statistiske kunnskapen vi hadde. Det er derfor vi trengte å involvere partnere med datavitenskapelig ekspertise, sier Fortin.
"Disse nye nevrovitenskapelige studiene er avhengige av datavitenskapelige metoder på grunn av kompleksiteten til dataene deres," sier senior medforfatter Babak Shahbaba, professor i statistikk. "Hjerneaktiviteter registreres i millisekunders skala, og disse eksperimentene varer i mer enn en time, så du kan forestille deg hvor raskt mengden data vokser. Det kommer til et punkt at nevrovitenskapsmenn trenger mer avanserte teknikker for å oppnå det de hadde forestilt seg, men ikke var i stand til å implementere."
Han bemerker at når nevroner koder for informasjon som minner, kan forskere få et glimt av denne prosessen ved å undersøke mønsteret av spikeaktivitet på tvers av alle registrerte nevroner, kjent som et ensemble.
"Vi fant ut at vi kunne behandle disse nevrale mønstrene som bilder, og dette låste opp vår evne til å bruke dype maskinlæringsmetoder," sier Shahbaba. "Vi analyserte dataene med et konvolusjonelt nevralt nettverk, som er en metodikk som ofte brukes i bildebehandlingsapplikasjoner som ansiktsgjenkjenning."
På denne måten var forskerne i stand til å dekode avfyringen av nevroner for å hente informasjon.
"Vi vet hvordan signaturen for lukt B ser ut, akkurat som vi kjenner signaturen for A, C og D," sier Fortin. "På grunn av det kan du se når disse signaturene dukker opp igjen på et annet tidspunkt, for eksempel når fagene våre forventer noe som ennå ikke har skjedd. Vi ser at disse signaturene raskt spilles av når de tenker på fremtiden.»
Shahbaba sier at verktøyene og metodene som er utviklet i løpet av dette prosjektet kan brukes på et bredt spekter av problemer, og Fortin kan utvide sin undersøkelseslinje til andre hjerneregioner.
Om forfatterne
Verket dukker opp i Nature Communications.
Finansiering kom fra National Institutes of Health, National Science Foundation og Whitehall Foundation.
kilde: UC Irvine
Bøker om å forbedre ytelsen fra Amazons bestselgerliste
"Peak: Secrets from the New Science of Expertise"
av Anders Ericsson og Robert Pool
I denne boken trekker forfatterne på sin forskning innen ekspertisefeltet for å gi innsikt i hvordan noen kan forbedre sine prestasjoner på ethvert område av livet. Boken tilbyr praktiske strategier for å utvikle ferdigheter og oppnå mestring, med fokus på bevisst praksis og tilbakemeldinger.
Klikk for mer info eller for å bestille
"Atomic Habits: En enkel og velprøvd måte å bygge gode vaner og bryte dårlige"
av James Clear
Denne boken tilbyr praktiske strategier for å bygge gode vaner og bryte dårlige, med fokus på små endringer som kan føre til store resultater. Boken bygger på vitenskapelig forskning og eksempler fra den virkelige verden for å gi praktiske råd til alle som ønsker å forbedre vanene sine og oppnå suksess.
Klikk for mer info eller for å bestille
"Mindset: The New Psychology of Success"
av Carol S. Dweck
I denne boken utforsker Carol Dweck begrepet tankesett og hvordan det kan påvirke våre prestasjoner og suksess i livet. Boken gir innsikt i forskjellen mellom en fast tankegang og en veksttankegang, og gir praktiske strategier for å utvikle en veksttankegang og oppnå større suksess.
Klikk for mer info eller for å bestille
"Vanens kraft: hvorfor vi gjør det vi gjør i livet og forretningslivet"
av Charles Duhigg
I denne boken utforsker Charles Duhigg vitenskapen bak vanedannelse og hvordan den kan brukes til å forbedre ytelsen vår på alle områder av livet. Boken tilbyr praktiske strategier for å utvikle gode vaner, bryte dårlige og skape varig endring.
Klikk for mer info eller for å bestille
"Smarter Faster Better: The Secrets of Being Productive in Life and Business"
av Charles Duhigg
I denne boken utforsker Charles Duhigg vitenskapen om produktivitet og hvordan den kan brukes til å forbedre ytelsen vår på alle områder av livet. Boken bygger på eksempler og forskning fra den virkelige verden for å gi praktiske råd for å oppnå større produktivitet og suksess.
