Нейробиологи из Калифорнийского университета в Сан-Диего Уильям «Джейк» Райт, Натан Хедрик и Такаки Комияма утверждают, что им удалось раскрыть ключевые детали процесса, сохранения информации в мозге, так называемой «синаптической пластичности». Работа опубликована в журнале Science.
Ученые описали процесс сохранения информации в мозге при обучении
Нейробиологи из Калифорнийского университета в Сан-Диего Уильям «Джейк» Райт, Натан Хедрик и Такаки Комияма утверждают, что им удалось раскрыть ключевые детали процесса, сохранения информации в мозге, так называемой «синаптической пластичности».
Синапс. https://www.chemistryworld.com/
Как мы сохраняем новую информацию? Наш мозг для этого физически перестраивается. Эти изменения реализуются триллионами синапсов — связей между отдельными нейронами. В этом сложном процессе новая информация заставляет определенные синапсы становиться сильнее, а другие слабее. Нейробиологи называют эти изменения «синаптическая пластичность». Но понимание выбора «правил» изменения синапсов, остается неизвестным, а это как раз и определяет, как информация сохраняется в мозге.
В исследовании ученые использовали передовую методологию визуализации мозга, включая двухфотонную визуализацию, чтобы увеличить масштаб мозговой активности мышей и отследить активность синапсов и нейронов во время обучения.
Благодаря возможности видеть отдельные синапсы, ученые выяснили, что нейроны разных регионов мозга следуют разным правилам формирования синаптической пластичности. Более того, пластичность одного нейрона может формироваться несколькими разными способами одновременно.
Нейроны и их отростки, называемые дендритами, коры головного мозга мыши.
«Когда люди говорят о синаптической пластичности, ее обычно представляют однородной в пределах мозга», — сказал соавтор работы Уильям Райт. — «Наше исследование дает более четкое понимание того, как синапсы изменяются во время обучения, что может иметь важные последствия для терапевтических практик и сохранения здоровья, поскольку многие заболевания мозга связаны с той или иной формой синаптической дисфункции».
«В разных отсеках (компартментах) нейрона параллельно происходят разные вычисления», — сказал соавтор работы Такаки Комияма.
Новая формула памяти
Когда мыши обучались новому поведению, исследователи внимательно отслеживали синаптические связи (изображенные здесь в виде небольших выступов) на дендритах нейронов.
Ученые пришли к выводу, что нейрон это не просто параметр, как это сегодня реализуется в искусственных нейросетях, а довольно сложный современный процессор с параллельными вычислениями. Это сильно меняет наши представления о работе мозга.
Исследование предлагает многообещающие идеи для будущего искусственного интеллекта. Обычно вся нейронная сеть функционирует на основе общего набора правил пластичности, но это исследование предполагает новые способы проектирования передовых систем ИИ с использованием нескольких правил для отдельных «нейронов» искусственной нейросети.
Результаты работы могут помочь в разработке новых способов лечения таких состояний, как зависимость, посттравматическое стрессовое расстройство и болезнь Альцгеймера.