Forskere har afsløret de vigtigste hjernemekanismer til at organisere minder i tid.
Den nye undersøgelse beskriver opdagelsen af de grundlæggende mekanismer, hvorved hippocampus-regionen i hjernen organiserer minder i sekvenser, og hvordan dette kan bruges til at planlægge fremtidig adfærd.
Fundet kan være et kritisk tidligt skridt i retning af at forstå hukommelsessvigt i kognitive lidelser såsom Alzheimers sygdom og andre former for demens.
Ved at kombinere elektrofysiologiske registreringsteknikker hos gnavere med en statistisk maskinlæringsanalyse af enorme mængder data, afslørede forskerne beviser, der tyder på, at hippocampus netværk koder og bevarer progressioner af erfaringer for at hjælpe med beslutningstagning.
"Vores hjerne holder ret godt styr på, hvornår specifikke oplevelser eller begivenheder opstår. Denne evne hjælper os med at fungere i vores daglige liv, men før denne undersøgelse havde vi ikke en klar idé om de neuronale mekanismer bag disse processer,” siger den korresponderende forfatter Norbert Fortin, lektor i neurobiologi og adfærd ved University of California, Irvine.
"Hvor det forbinder med alle er, at denne type hukommelse er stærkt svækket i en række neurologiske lidelser eller simpelthen med aldring, så vi har virkelig brug for at vide, hvordan denne hjernefunktion fungerer."
Projektet, som tog mere end tre år at gennemføre, involverede eksperimentelle og dataanalysefaser. Forskerne overvågede affyringen af neuroner i rotters hjerner, da de gennemgik en række lugtidentifikationstests. Ved at præsentere fem forskellige lugter i forskellige sekvenser var forskerne i stand til at måle dyrenes hukommelse af den korrekte sekvens og opdage, hvordan deres hjerner fangede disse sekventielle forhold.
"Den analogi, jeg ville tænke på, er computing," siger Fortin. ”Hvis jeg skulle stikke elektroder i din hjerne – det kan vi ikke; det er derfor, vi bruger rotter – jeg kunne se, hvilke celler der skyder, og hvilke der ikke skyder på et givet tidspunkt. Det giver os en vis indsigt i, hvordan hjernen repræsenterer og beregner information. Når vi registrerer aktivitetsmønstre i en struktur, er det som om, vi ser nuller og ettaller i en computer.”
Opnået i millisekunders intervaller over flere minutter giver neuronal aktivitet og inaktivitetsmålinger et dynamisk billede af hjernens funktion. Fortin siger, at han og hans kolleger på nogle måder var i stand til at "læse tankerne" hos deres undersåtter ved at se "kodningen" af cellerne - hvilke der affyrede, og hvilke der ikke var - i hurtig rækkefølge.
Bevæger sig hurtigt
"Når du tænker på noget, går det hurtigt," siger han. "Du sidder ikke fast i det minde længe. Lige nu bliver det repræsenteret, men vi kan se, hvordan det ændrer sig meget hurtigt.”
Fortin vidste tidligt, at aflæsninger af hippocampus aktivitet ville resultere i enorme mængder rådata. Fra begyndelsen af projektet fik han deltagelse af statistikere på Donald Bren School of Information & Computer Sciences.
"De neurovidenskabelige spørgsmål, vi havde på det tidspunkt i mit laboratorium, var alt for avancerede til den statistiske viden, vi havde. Derfor var vi nødt til at involvere partnere med datavidenskabsekspertise,” siger Fortin.
"Disse nye neurovidenskabelige undersøgelser er afhængige af datavidenskabelige metoder på grund af kompleksiteten af deres data," siger senior medforfatter Babak Shahbaba, professor i statistik. "Hjerneaktiviteter registreres i millisekunders skala, og disse eksperimenter løber i mere end en time, så du kan forestille dig, hvor hurtigt mængden af data vokser. Det når til et punkt, at neurovidenskabsmænd har brug for mere avancerede teknikker for at opnå det, de havde forestillet sig, men ikke var i stand til at implementere."
Han bemærker, at når neuroner koder for information såsom erindringer, kan forskere få et glimt af denne proces ved at undersøge mønsteret af spiking-aktivitet på tværs af alle registrerede neuroner, samlet kendt som et ensemble.
"Vi fandt ud af, at vi kunne behandle disse neurale mønstre som billeder, og dette låste op for vores evne til at anvende dybe maskinlæringsmetoder," siger Shahbaba. "Vi analyserede dataene med et foldet neuralt netværk, som er en metode, der ofte bruges i billedbehandlingsapplikationer såsom ansigtsgenkendelse."
På denne måde var forskerne i stand til at afkode affyring af neuroner for at hente information.
"Vi ved, hvordan signaturen for lugt B ser ud, ligesom vi kender dem for A, C og D," siger Fortin. "På grund af det kan du se, når disse signaturer dukker op igen på et andet tidspunkt, som når vores forsøgspersoner forventer noget, der endnu ikke er sket. Vi ser disse signaturer blive hurtigt afspillet, mens de tænker på fremtiden."
Shahbaba siger, at de værktøjer og metoder, der er udviklet under dette projekt, kan anvendes på en bred vifte af problemer, og Fortin kan udvide sin undersøgelseslinje til andre hjerneregioner.
Om forfatterne
Værket vises i Nature Communications.
Finansiering kom fra National Institutes of Health, National Science Foundation og Whitehall Foundation.
Kilde: UC Irvine
Bøger om forbedring af ydeevne fra Amazons bestsellerliste
"Peak: Secrets from the New Science of Expertise"
af Anders Ericsson og Robert Pool
I denne bog trækker forfatterne på deres forskning inden for ekspertiseområdet for at give indsigt i, hvordan nogen kan forbedre deres præstationer på ethvert område af livet. Bogen tilbyder praktiske strategier til udvikling af færdigheder og opnåelse af mestring med fokus på bevidst praksis og feedback.
Klik for mere info eller for at bestille
"Atomic Habits: En nem og gennemprøvet måde at opbygge gode vaner og bryde dårlige"
af James Clear
Denne bog tilbyder praktiske strategier til at opbygge gode vaner og bryde dårlige, med fokus på små ændringer, der kan føre til store resultater. Bogen trækker på videnskabelig forskning og eksempler fra den virkelige verden for at give brugbare råd til alle, der ønsker at forbedre deres vaner og opnå succes.
Klik for mere info eller for at bestille
"Mindset: The New Psychology of Success"
af Carol S. Dweck
I denne bog udforsker Carol Dweck begrebet tankegang, og hvordan det kan påvirke vores præstationer og succes i livet. Bogen giver indsigt i forskellen mellem et fast mindset og et growth mindset og giver praktiske strategier til at udvikle et growth mindset og opnå større succes.
Klik for mere info eller for at bestille
"Vanens magt: hvorfor vi gør, hvad vi gør i livet og erhvervslivet"
af Charles Duhigg
I denne bog udforsker Charles Duhigg videnskaben bag vanedannelse, og hvordan den kan bruges til at forbedre vores præstationer på alle områder af livet. Bogen tilbyder praktiske strategier til at udvikle gode vaner, bryde dårlige og skabe varig forandring.
Klik for mere info eller for at bestille
"Smarter Faster Better: The Secrets of Being Productive in Life and Business"
af Charles Duhigg
I denne bog udforsker Charles Duhigg videnskaben om produktivitet, og hvordan den kan bruges til at forbedre vores præstationer på alle områder af livet. Bogen trækker på eksempler fra den virkelige verden og forskning for at give praktiske råd til at opnå større produktivitet og succes.
