Нейроны кодируют информацию, такую как воспоминания, ученые могут получить представление об этом процессе, изучив характер всплесков активности во всех зарегистрированных нейронах.
Впервые в науке исследователи из Калифорнийского университета в Ирвине обнаружили фундаментальные механизмы, с помощью которых область гиппокампа мозга организует воспоминания в последовательности, и то, как это можно использовать для планирования будущего поведения. Открытие может стать важным ранним шагом к пониманию нарушений памяти при когнитивных расстройствах, таких как болезнь Альцгеймера и другие формы деменции.Сочетая методы электрофизиологической регистрации у грызунов со статистическим машинным анализом огромных массивов данных, исследователи UCI обнаружили доказательства того, что сеть гиппокампа кодирует и сохраняет последовательность событий, чтобы помочь в принятии решений. Работа команды является предметом статьи, недавно опубликованной в Nature Communications, пишет medicalxpress.com.«Наш мозг довольно хорошо записывает, когда происходят определенные переживания или события. Эта способность помогает нам функционировать в нашей повседневной жизни, но до этого исследования у нас не было четкого представления о нейронных механизмах, стоящих за этими процессами», — говорится в сообщении. автор Норберт Фортин, адъюнкт-профессор нейробиологии и поведения UCI. «Что касается всех, так это то, что этот тип памяти сильно нарушается при различных неврологических расстройствах или просто при старении, поэтому нам действительно нужно знать, как работает эта функция мозга ».Проект, на реализацию которого ушло более трех лет, включал этапы экспериментов и анализа данных. Исследователи наблюдали за возбуждением нейронов в мозгу крыс, когда они проходили серию тестов на определение запаха. Представив пять разных запахов в различных последовательностях, ученые смогли измерить память животных о правильной последовательности и определить, как их мозг улавливает эти последовательные отношения.«Аналогия, о которой я бы подумал, — это вычисления», — сказал Фортин. «Если бы я воткнул электроды в ваш мозг — мы не можем, поэтому мы используем крыс, — я мог бы увидеть, какие клетки активируются, а какие нет в любой момент. Это дает нам некоторое представление о том, как мозг представляет и вычисляет информацию. Когда мы записываем шаблоны активности в структуре, это похоже на то, что мы видим нули и единицы в компьютере».Полученные с миллисекундными интервалами в течение нескольких минут измерения активности и бездействия нейронов представляют собой динамическую картину функционирования мозга. Фортин сказал, что он и его коллеги каким-то образом могли «читать мысли» своих испытуемых, просматривая «кодирование» клеток — какие из них активировались, а какие нет — в быстрой последовательности.«Когда вы думаете о чем-то, это происходит быстро», — сказал он. «Вы не застряли в этой памяти надолго. Прямо сейчас она представлена, но мы можем видеть, как это очень быстро меняется».Фортин заранее знал, что показания активности гиппокампа приведут к огромному количеству необработанных данных. На начальных этапах проекта он заручился поддержкой статистиков из Школы информационных и компьютерных наук имени Дональда Брена.«Вопросы нейробиологии, которые у нас были в то время в моей лаборатории, были слишком сложными для статистических знаний, которые у нас были. Вот почему нам нужно было привлечь партнеров с опытом работы с данными», — сказал Фортин.«Эти новые исследования в области нейробиологии полагаются на методы науки о данных из-за сложности их данных», — сказал старший соавтор Бабак Шахбаба, научный сотрудник UCI и профессор статистики. «Мозговая деятельность записывается в миллисекундном масштабе, и эти эксперименты длятся более часа, так что вы можете себе представить, как быстро растет объем данных. Доходит до того, что нейробиологам нужны более продвинутые методы для выполнения того, что они представляли, но не не в состоянии реализовать».Он отметил, что когда нейроны кодируют информацию, такую как воспоминания, ученые могут получить представление об этом процессе, изучив характер всплесков активности во всех зарегистрированных нейронах, известных под общим названием «ансамбль».«Мы обнаружили, что можем рассматривать эти нейронные паттерны как изображения , и это открыло нам возможность применять методы глубокого машинного обучения», — сказал Шахбаба. «Мы проанализировали данные с помощью сверточной нейронной сети, которая является методологией, часто используемой в приложениях для обработки изображений, таких как распознавание лиц».Таким образом, исследователи смогли расшифровать срабатывание нейронов для получения информации.«Мы знаем, как выглядит сигнатура для запаха B, так же, как мы знаем сигнатуры для A, C и D», — сказал Фортин. «Из-за этого вы можете видеть, когда эти подписи снова появляются в другой момент времени, например, когда наши субъекты ожидают чего-то, что еще не произошло. Мы видим, как эти подписи быстро воспроизводятся, когда они думают о будущем".Шахбаба сказал, что инструменты и методологии, разработанные в ходе этого проекта, могут быть применены к широкому кругу проблем, и Фортин может расширить свои исследования на другие области мозга.Исследование является примером силы конвергентных исследований в таких учреждениях, как UCI, сказал Шахбаба: «Я мог непосредственно видеть разницу, которую это дает для наших студентов. важные научные вопросы, которые они не могли исследовать в прошлом, и мои собственные студенты совершенно беспрецедентным образом думают о научном методе ».Он добавил: «Благодаря этому сотрудничеству мы готовим следующее поколение ученых, обладающих необходимыми навыками для проведения междисциплинарных исследований».К Фортину и Шахбабе в проекте присоединились Пьер Бальди, заслуженный профессор компьютерных наук UCI ; Лингэ Ли, получивший докторскую степень. в статистике UCI в 2020 году; Форест Агостинелли, получивший докторскую степень. получил степень бакалавра информатики в UCI в 2019 году и сейчас является доцентом Университета Южной Каролины; Манси Сараф и Кейланд Купер, доктор философии UCI. студенты нейробиологии и поведения; Дереник Агвердян, доктор философии UCI. студент статистики; и Габриэль Элиас, ученый с докторской степенью в UCI.
Добавьте новости «Курьер.Среда» в избранное ⭐ – и Google будет показывать их выше остальных.