Исследование показывает, как наш мозг остается активным во время знакомых, повторяющихся задач

Дата публикации: 17 июля 2020

Новое исследование показывает, что наш мозг никогда не отдыхает, даже когда мы ничего не узнаем об окружающем мире, - пишет eurekalert.org со ссылкой на eLife.

Наш мозг часто сравнивают с компьютерами, где приобретенные навыки и память хранятся в миллиардах активных нервных клеток. Новые исследования показывают, что воспоминания о конкретных событиях могут оставаться активными постоянно. Шаблоны деятельности, которые хранят информацию, могут постоянно меняться, даже когда мы не изучаем ничего нового.

Почему повторяемость не заставляет мозг забывать то, чему он научился? Исследование, проведенное в Кембриджском университете, Гарвардской медицинской школе и Стэнфордском университете, показывает, как мозг может получать доступ к хранимой информации, несмотря на резкие изменения в сигналах мозга, которые ее представляют.

Исследование, проведенное доктором Тимоти О'Лири из технического отдела Кембриджа, показывает, что различным частям нашего мозга может потребоваться повторное обучение и отслеживание информации в других частях мозга по мере ее перемещения. Их исследование является одним из первых доказательств того, что постоянные изменения в нервной деятельности совместимы с долговременными воспоминаниями о полученных навыках.

Исследователи пришли к такому выводу путем моделирования и анализа данных, взятых из эксперимента, в котором мышей обучали связывать визуальный сигнал в начале лабиринта виртуальной реальности длиной 4,5 метра с поворотом влево или вправо на Т-образном маршруте перед переходом к награде. Результаты исследования 2017 года показали, что одиночные нервные клетки в мозге постоянно изменяли информацию, которую они кодировали об этой изученной задаче, даже при том, что поведение мышей оставалось стабильным в течение долгого времени.

Экспериментальные данные состояли из моделей активности сотен нервных клеток, зарегистрированных одновременно в той части мозга, которая контролирует и планирует движение, записанной с разрешением, которое пока невозможно для человека.

«Поиск последовательных паттернов в этом большом скоплении клеток является сложной задачей, так же, как попытка определить поведение роя насекомых, наблюдая за случайной выборкой особей, - сказал О'Лири. -Однако в некоторых отношениях сам мозг должен решить аналогичную задачу, потому что другие области мозга должны извлекать и обрабатывать информацию из этой же популяции».

Нервные клетки соединяются с сотнями или даже тысячами своих соседей и извлекают информацию, взвешивая и объединяя ее. Это имеет прямую аналогию с методами, используемыми избирателями при подготовке к выборам: результаты опросов из нескольких источников собираются и «взвешиваются» в соответствии с их согласованностью. Таким образом, может возникнуть устойчивая картина, даже если отдельные измерения сильно различаются.

Кембриджская группа использовала этот принцип для построения алгоритма декодирования, который извлекал непротиворечивые, скрытые шаблоны в сложной деятельности сотен клеток. Они обнаружили две вещи. Во-первых, действительно существовал постоянный скрытый паттерн, который мог точно предсказать поведение животного. Во-вторых, сам этот непротиворечивый паттерн постепенно меняется со временем, но не настолько радикально, чтобы алгоритм декодирования не успевал за ним. Это говорит о том, что мозг постоянно модифицирует внутренний код, который передает информацию между различными внутренними цепями.

Научная фантастика исследует возможность передачи наших воспоминаний и опыта на аппаратные устройства прямо из нашего мозга. Если будущая технология в конечном итоге позволит нам загружать и выгружать свои мысли и воспоминания, мы можем обнаружить, что наш мозг не может интерпретировать свои собственные модели активности, если они воспроизводятся много лет спустя. Концепция яблока - его цвет, вкус, вкус и воспоминания, связанные с ним - могут оставаться последовательными, но паттерны активности, которые оно вызывает в мозге, могут со временем полностью измениться.

Такая головоломка, скорее всего, останется спекулятивной в ближайшем будущем, но экспериментальная технология, которая обеспечивает ограниченную версию такого чтения мыслей, уже стала реальностью, как показывает это исследование. Интерфейсы «мозг-машина» - это быстро развивающаяся технология, а нейронные интерфейсы человека, которые могут управлять протезированием и внешним оборудованием, используются в клинической практике более десяти лет. Работа Кембриджской группы выдвигает на первый план серьезную открытую проблему в извлечении надежной информации из мозга.

«Несмотря на то, что теперь мы можем отслеживать активность мозга и напрямую связывать ее с воспоминаниями и опытом, сами модели поведения постоянно меняются в течение нескольких дней, - говорит О'Лири - преподаватель по информационным технологиям и медицинской нейробиологии. - Наше исследование показывает, что, несмотря на это изменение, мы можем построить и поддерживать относительно стабильный «словарь», чтобы считывать, что думает животное, когда оно перемещается в знакомой среде. Работа предполагает, что наш мозг никогда не отдыхает, даже когда мы ничего не узнаем о внешнем мире. Это имеет большое значение для нашего понимания мозга, а также для интерфейсов мозг-машина и нейронного протезирования».

Фото: https://ru.123rf.com/profile_tohey

Источник:

Поделиться: