Պարզեք, թե ինչպես է ուղեղը ստեղծում նոր հիշողություններ՝ պահպանելով հինը

Գիտնականները նոր մաթեմատիկական մոդել են մշակել, որն օգնում է բացատրել, թե ինչպես է մարդու ուղեղի կենսաբանական բարդությունը թույլ տալիս նրան թողնել նոր հիշողություններ՝ չվերացնելով հինը:

Մարդու ուղեղի գործընթացներն այնքան բարդ են, որ գիտնականները մշակում էին մաթեմատիկական մոդելներ՝ դրանք լիովին հասկանալու համար: (Աղբյուր՝ Pixabay)

Նոր հետազոտությունը ցույց է տալիս, թե ինչպես է մեր ուղեղը ստեղծում նոր հիշողություններ՝ չջնջելով ավելի հին հիշողությունները։

Կոլումբիայի գիտնականները նոր մաթեմատիկական մոդել են մշակել, որն օգնում է բացատրել, թե ինչպես է մարդու ուղեղի կենսաբանական բարդությունը թույլ տալիս նոր հիշողություններ թողնել՝ չջնջելով հինը՝ ցույց տալով, թե ինչպես է ուղեղը պահպանում հիշողությունների հավատարմությունը տարիներ, տասնամյակներ կամ նույնիսկ ողջ կյանքի ընթացքում:

ուտելի կոճապղպեղի բույսերի նկարներ

Այս մոդելը կարող է օգնել նյարդաբաններին մշակել հիշողության ավելի նպատակային ուսումնասիրություններ, ինչպես նաև խթանել առաջընթացը նեյրոմորֆ ապարատային, հզոր հաշվողական համակարգերում, որոնք ոգեշնչված են մարդու ուղեղից:

Ուղեղը անընդհատ հիշողություններ է ստանում, կազմակերպում և պահպանում: Այս գործընթացները, որոնք ուսումնասիրվել են անթիվ փորձերի ժամանակ, այնքան բարդ են, որ գիտնականները մշակում են մաթեմատիկական մոդելներ՝ դրանք լիովին հասկանալու համար, ասում է թերթի ավագ հեղինակ Ստեֆանո Ֆուսին: Մոդելը, որը մենք մշակել ենք, վերջապես բացատրում է, թե ինչու են հիշողության հիմքում ընկած կենսաբանությունն ու քիմիան այդքան բարդ, և ինչպես է այս բարդությունը խթանում ուղեղի հիշելու կարողությունը:

Համարվում է, որ հիշողությունները պահվում են սինապսներում՝ նեյրոնների մակերեսի փոքրիկ կառույցներում: Այս սինապսները գործում են որպես խողովակներ՝ փոխանցելով էլեկտրական իմպուլսների ներսում տեղակայված տեղեկատվությունը, որոնք սովորաբար անցնում են նեյրոնից նեյրոն: Հիշողության ամենավաղ մոդելներում սինապսների միջով անցնող էլեկտրական ազդանշանների ուժգնությունը համեմատվում էր ստերեոյի ձայնի կոճակի հետ; այն հավաքեց՝ բարձրացնելու (կամ իջեցնելու) նեյրոնների միջև կապի ուժը: Սա թույլ տվեց հիշողություններ ձևավորել։

Այս մոդելները շատ լավ աշխատեցին, քանի որ հիշողության հսկայական հզորություն ունեն: Բայց նրանք նաև ինտրիգային երկընտրանքի առաջ կանգնեցրին.

Սինապսների գործառույթի պարզ, թվաքանակի մոդելի խնդիրն այն էր, որ ենթադրվում էր, որ նրանց ուժը կարող է անորոշ ժամանակով հավաքվել կամ իջեցվել, ասաց բժիշկ Ֆուսին՝ հավելելով, որ իրական աշխարհում դա չի կարող տեղի ունենալ: Անկախ նրանից, թե դա ստերեոյի ձայնի կոճակն է, թե որևէ կենսաբանական համակարգ, պետք է լինի ֆիզիկական սահմանափակում, թե որքանով այն կարող է պտտվել:

Երբ այս սահմանափակումները դրվեցին, այս մոդելների հիշողության հզորությունը փլուզվեց:

տարբեր տեսակի ծառեր անուններով

Այսպիսով, դոկտոր Ֆուսին, Ցուկերմանի ինստիտուտի գործընկեր Լարի Էբոթի հետ համագործակցելով, առաջարկեց այլընտրանք, որ յուրաքանչյուր սինապս ավելի բարդ է, քան ընդամենը մեկ հավաքիչ, և փոխարենը պետք է նկարագրվի որպես մի քանի թվաքանակ ունեցող համակարգ:

2005 թվականին բժիշկներ Ֆուսին և Էբոթը հրապարակեցին այս գաղափարը բացատրող հետազոտություն: Նրանք նկարագրեցին, թե ինչպես կարող են սինապսի ներսում տարբեր հավաքիչներ աշխատել տանդեմում՝ ստեղծելով նոր հիշողություններ՝ միաժամանակ պաշտպանելով հինը: Բայց նույնիսկ այդ մոդելը, որը հետագայում հասկացան հեղինակները, չէր համապատասխանում այն ​​ամենին, ինչ նրանք կարծում էին, որ ուղեղը, հատկապես մարդու ուղեղը, կարող է պահել:

Մենք հասկացանք, որ տարբեր սինապտիկ բաղադրիչները կամ հավաքիչները ոչ միայն գործում էին տարբեր ժամանակաշրջաններում, այլև, հավանաբար, շփվում էին միմյանց հետ, ասաց Մարկուս Բեննան՝ այսօրվա Nature Neuroscience աշխատության առաջին հեղինակը: Երբ մենք ավելացրինք բաղադրիչների միջև հաղորդակցությունը մեր մոդելին, պահեստավորման հզորությունը հսկայական գործոնով ավելացավ՝ դառնալով կենդանի ուղեղի ներսում ձեռք բերվածի շատ ավելի ներկայացուցչական:

Տեսեք, թե էլ ինչ նորություններ է ստեղծում:

Բժիշկ Բեննան այս նոր մոդելի բաղադրիչները համեմատեց գավաթների համակարգի հետ, որոնք միմյանց հետ կապված են մի շարք խողովակների միջոցով:

Փոխկապակցված բաժակների մի շարքում, որոնցից յուրաքանչյուրը լցված է տարբեր քանակությամբ ջրով, հեղուկը հակված է հոսելու նրանց միջև այնպես, որ ջրի մակարդակները հավասարվեն: Մեր մոդելում գավաթները ներկայացնում են սինապսի տարբեր բաղադրիչները, բացատրեց բժիշկ Բեննան: Բաժակներից մեկին հեղուկ ավելացնելը կամ դրա մի մասը հեռացնելը ներկայացնում է նոր հիշողությունների կոդավորում: Ժամանակի ընթացքում ստացված հեղուկի հոսքը կտարածվի մյուս բաժակների միջով, ինչը համապատասխանում է հիշողությունների երկարատև պահպանմանը:

Երկու հետազոտողներն էլ հուսով են, որ այս աշխատանքը կարող է օգնել լաբորատորիայի նյարդաբաններին՝ գործելով որպես տեսական շրջանակ՝ ապագա փորձերը ուղղորդելու համար, ինչը, ի վերջո, կհանգեցնի ուղեղի ավելի ամբողջական և մանրամասն բնութագրմանը:

մանուշակագույն ծաղիկներ երկար ցողուններով

Թեև հիշողության սինապտիկ հիմքը լավ ընդունված է, ոչ փոքր մասով Նոբելյան մրցանակի դափնեկիր և Ցուկերմանի ինստիտուտի տնօրեն, դոկտոր Էրիկ Կանդելի աշխատանքի շնորհիվ, պարզաբանելը, թե ինչպես են սինապսները պահպանում հիշողությունները երկար տարիներ առանց դեգրադացիայի, չափազանց դժվար է եղել, ասում է բժիշկ Էբոթը: Բժիշկներ Բեննան և Ֆուսին պետք է ուղեցույց ծառայեն սինապսի մոլեկուլային բարդությունն ուսումնասիրող հետազոտողների համար:

Այս մոդելի տեխնոլոգիական հետևանքները նույնպես խոստումնալից են: Բժիշկ Ֆուսին վաղուց հետաքրքրված է նեյրոմորֆիկ ապարատներով, համակարգիչներով, որոնք նախագծված են կենսաբանական ուղեղը նմանակելու համար:

Այսօր նեյրոմորֆիկ սարքավորումը սահմանափակված է հիշողության հզորությամբ, որը կարող է աղետալիորեն ցածր լինել, երբ այս համակարգերը նախագծված են ինքնուրույն սովորելու համար, ասում է դոկտոր Ֆուսին: Սինապտիկ հիշողության ավելի լավ մոդելի ստեղծումը կարող է օգնել լուծել այս խնդիրը՝ արագացնելով էլեկտրոնային սարքերի զարգացումը: ինչպես կոմպակտ, այնպես էլ էներգաարդյունավետ և նույնքան հզոր, որքան մարդկային ուղեղը:

Սինապտիկ հիշողության համախմբման հաշվողական սկզբունքները վերնագրված այս հոդվածը հրապարակված է առցանց Nature Neuroscience-ում:

փոքրիկ սպիտակ ծաղիկ դեղին կենտրոնով

Վերոնշյալ հոդվածը միայն տեղեկատվական նպատակների համար է և նախատեսված չէ որպես մասնագիտական ​​բժշկական խորհրդատվության փոխարինում: Միշտ փնտրեք ձեր բժշկին կամ այլ որակավորված առողջապահի առաջնորդությունը ձեր առողջության կամ բժշկական վիճակի հետ կապված ցանկացած հարցի համար: