Новое исследование, основанное на более ранних результатах на мышах, предполагает, что наш мозг никогда не находится в состоянии покоя, даже когда мы ничего не узнаем об окружающем мире.
Наш мозг часто сравнивают с компьютерами: приобретенные навыки и воспоминания хранятся в моделях активности миллиардов нервных клеток. Однако новое исследование показывает, что воспоминания о конкретных событиях и переживаниях никогда не успокаиваются. Вместо этого паттерны активности, в которых хранится информация, могут постоянно меняться, даже если мы не узнаем ничего нового.
Почему это не заставляет мозг забывать то, что он узнал? Исследование, проведенное Кембриджским университетом, Гарвардской медицинской школой и Стэнфордским университетом, показывает, как мозг может надежно получать доступ к хранимой информации, несмотря на резкие изменения в сигналах мозга, которые ее представляют.
Исследование, проведенное доктором. Тимоти О’Лири из Кембриджского инженерного факультета показывает, что различным частям нашего мозга может потребоваться переучиваться и отслеживать информацию в других частях мозга по мере ее движения. Их исследование, опубликованное в журнале открытого доступа eLife, представляет собой одно из первых доказательств того, что постоянные изменения нейронной активности совместимы с долгосрочными воспоминаниями об изученных навыках.
Исследователи пришли к такому выводу путем моделирования и анализа данных, взятых из эксперимента, в котором мышей обучили ассоциировать визуальный сигнал в начале 4-го цикла.Лабиринт виртуальной реальности длиной 5 метров с поворотом налево или направо на Т-образном перекрестке перед переходом к награде. Результаты исследования 2017 года показали, что отдельные нервные клетки в головном мозге постоянно меняли информацию, которую они закодировали об этой усвоенной задаче, даже несмотря на то, что поведение мышей оставалось стабильным с течением времени.
Экспериментальные данные состояли из паттернов активности сотен нервных клеток, записанных одновременно в той части мозга, которая контролирует и планирует движение, записанных с разрешением, которое еще невозможно для людей.
«Обнаружение согласованных закономерностей в этом большом скоплении клеток является сложной задачей, во многом схоже с попыткой определить поведение стаи насекомых, наблюдая за случайной выборкой особей», – сказал О’Лири. «Однако в некоторых отношениях мозг сам должен решать аналогичную задачу, потому что другим областям мозга необходимо извлекать и обрабатывать информацию из этой же популяции.”
Нервные клетки подключаются к сотням или даже тысячам своих соседей и извлекают информацию, взвешивая и объединяя ее. Это имеет прямую аналогию с методами, используемыми социологами в преддверии выборов: результаты опросов из нескольких источников собираются и «взвешиваются» в соответствии с их согласованностью. Таким образом, может появиться устойчивая картина, даже если отдельные измерения сильно различаются.
Кембриджская группа использовала этот принцип для создания алгоритма декодирования, который извлекал непротиворечивые, скрытые закономерности в сложной активности сотен ячеек. Они нашли две вещи. Во-первых, действительно существовала последовательная скрытая закономерность, которая могла точно предсказать поведение животного. Во-вторых, этот последовательный шаблон сам постепенно меняется со временем, но не настолько резко, чтобы алгоритм декодирования не успевал за ним. Это говорит о том, что мозг постоянно изменяет внутренний код, который передает информацию между различными внутренними цепями.
Научная фантастика исследует возможность передачи наших воспоминаний и впечатлений в аппаратные устройства прямо из нашего мозга. Если технологии будущего в конечном итоге позволят нам выгружать и выгружать наши мысли и воспоминания, мы можем обнаружить, что наш мозг не может интерпретировать свои собственные паттерны активности, если они воспроизводятся много лет спустя. Представления о яблоке – его цвет, аромат, вкус и связанные с ним воспоминания – могут оставаться неизменными, но модели активности, которые оно вызывает в мозгу, могут полностью измениться со временем.
Такая загадка, вероятно, останется спекулятивной в ближайшем будущем, но экспериментальная технология, которая позволяет достичь ограниченной версии такого чтения мыслей, уже стала реальностью, как показывает это исследование. Интерфейсы мозг-машина – это быстро развивающаяся технология, а нейронные интерфейсы человека, которые могут управлять протезами и внешним оборудованием, используются в клинической практике уже более десяти лет. Работа Кембриджской группы подчеркивает серьезную открытую проблему извлечения надежной информации из мозга.
«Несмотря на то, что теперь мы можем отслеживать активность мозга и напрямую связывать ее с воспоминаниями и переживаниями, сами модели активности постоянно меняются в течение нескольких дней», – сказал О’Лири, преподаватель информационной инженерии и медицинской неврологии. «Наше исследование показывает, что, несмотря на это изменение, мы можем создать и поддерживать относительно стабильный« словарь », чтобы читать, о чем думает животное, когда оно перемещается в знакомой среде.
«Работа предполагает, что наш мозг никогда не находится в состоянии покоя, 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.”