Get best of the week

محفوظات الذاكرة: كيف يشفر الدماغ ويعيد إنتاج الذكريات



من ناحية ، فإن الدماغ البشري مفهوم تمامًا ، ومن ناحية أخرى ، فهو مليء بالألغاز والأسئلة التي لم تتم الإجابة عليها بعد. وهنا كل شيء منطقي ، بالنظر إلى أن هذا النظام معقد للغاية من وجهة نظر الهندسة المعمارية ، ومن وجهة نظر العمليات الجارية والعلاقة بينهما. إذا قارنا الدماغ بجهاز كمبيوتر في الكلاسيكيات ، فبالإضافة إلى معالجة المعلومات ، فإنه يقوم أيضًا بتخزينه. تتم إزالة أي ذاكرة من محفوظات الذاكرة تحت تأثير نوع من التحفيز: رائحة مألوفة ، لحن ، كلمات ، إلخ. ومع ذلك ، يبقى السؤال - أين هذا الأرشيف وما الذي يساهم في افتتاحه؟ درس علماء من NINDS (المعهد الوطني للاضطرابات العصبية والسكتة الدماغية) أدمغة المرضى الذين يعانون من الصرع المقاوم للأدوية لتحديد ومحاولة شرح آليات استخراج الذكريات. فكيف نتذكرماذا يحدث في الدماغ في هذه اللحظة ولماذا أجريت الدراسة بمشاركة مرضى الصرع؟ نتعلم عن هذا من تقرير العلماء. اذهب.

أساس الدراسة


بادئ ذي بدء ، من الجدير بالذكر أن المرضى الذين يعانون من الصرع ، والذي لا يمكن علاجه بالعقاقير (الأدوية ، للأسف ، لا يمكنها السيطرة على النوبات) ، هم مشاركون في دراسة أخرى يتم فيها توصيل الأقطاب الجراحية بدماغهم لتحديد آليات حدوث النوبة.

يسمح وجود هذه الأقطاب الكهربائية بإجراء دراسة موازية للذاكرة ، نظرًا لأن العلاقة بين هذا المرض والذاكرة غريبة للغاية. يتذكر الباحثون أنه في عام 1957 ، تمت إزالة جزء من الدماغ لمريض معين مصاب بالصرع من أجل إنقاذه من الهجمات. لكن الإجراء كان له تأثير جانبي خطير - لم يعد بإمكان المريض تكوين ذكريات جديدة ، أي فقد آلية الذاكرة العرضية.

منذ ذلك الحين ، ظهرت النظرية القائلة بأن الذكريات العرضية يتم الحفاظ عليها أو تشفيرها كإنشاءات (أنماط) للنشاط العصبي. عندما يواجه الشخص نوعًا من التحفيز (رائحة مألوفة ، صوت ، إلخ.) ، يعيد الدماغ إنتاج هذا النشاط ، مما يسمح له بتذكر شيء يتعلق بهذا التحفيز. هذا يذكرنا باستنساخ سجل تم تسجيل الذاكرة عليه ، وفي هذه الحالة تكون المحفزات الخارجية بمثابة إبرة للاعب. ومع ذلك ، بغض النظر عن مدى جمال هذا التشبيه ، فإن الآلية نفسها لهذه العملية لا تزال غير مفهومة جيدًا.

في السابق ، تم بالفعل إجراء دراسة تهدف إلى شرح آليات استخراج الذكريات. تصرفت الفئران كموضوعات تجريبية وكان العلماء قادرين على تحديد أن الدماغ يمكنه تخزين الذكريات في تسلسلات فريدة من إمكانات العمل *.
* — , , .
قرر العلماء التحقق من موثوقية نتائج البحث على القوارض عن طريق إجراء نفس الدراسات على دماغ الإنسان. أظهرت ملاحظات نشاط الدماغ القوارض ، ولا سيما الفص الصدغي الإنسي ، أن الخلايا العصبية الفردية تولد نبضات في تسلسل عندما تدرس الحيوانات البيئة (في غرفة الاختبار) ، وأن هذه التسلسلات تتكاثر أثناء الراحة (عندما لا يكون الحيوان نائمًا ، ولكن مع نشاط بدني خاص لا) وأثناء النوم.

تم تفسير استنساخ تسلسل نشاط الذروة على أنه استخراج الذاكرة ودمجها ، وكذلك جزء من آلية التخطيط. لكن هذا كله في الفئران ، مع اختلاف الأشياء تمامًا عن البشر.

ترتبط التسلسلات العصبية المستنسخة في الفص الصدغي الوسطي للفئران بالتقلبات السريعة ، والتي تسمى "التموجات". ترتبط التموجات أيضًا باستخراج الذاكرة العرضية في البشر. لذلك ، يمكن أن ترتبط التموجات نظريًا بالنسخ المتكررة ذات الصلة بالذاكرة لنشاط الذروة في الدماغ البشري.

نتائج البحث


لاختبار النظريات ، أجرى العلماء دراسة عن العلاقة بين التموجات القشرية ونشاط الذروة للخلايا العصبية الفردية. كانت المواضيع 6 أشخاص (4 رجال وامرأتين ، متوسط ​​العمر 34.8 ± 4.7 سنة).


الصورة رقم 1

كانت الأدوات الرئيسية لجمع المعلومات هي: مصفوفة إلكترونية دقيقة (MEA) لجمع البيانات حول إمكانات عمل الخلايا العصبية الفردية والمجال المحلي الصغير * من الفص الصدغي الأمامي ؛ مخطط كهربية القلب (iEEG) لجمع إشارات المقياس من أقطاب كهربائية تحت الجافية تقع فوق القشرة الزمنية الجانبية وعلى طول الفص الصدغي الإنسي ( 1A و 1B ).
إمكانات المجال المحلي * هي إشارات كهربائية مؤقتة تتولد في الأنسجة العصبية وغيرها من خلال النشاط الكهربائي الكلي والمتزامن للخلايا الفردية (على سبيل المثال ، الخلايا العصبية) في هذا النسيج.
اكتشفت إشارات IEEG اهتزازات من نوع تموج في MTG و MTL ، بالإضافة إلى أي اتصال محتمل بين مناطق الدماغ.
MTL - الفص الصدغي الإنسي للدماغ ؛
MTG هو التلفيف الصدغي المتوسط.
كانت التموجات الموجودة في تسجيلات مخطط كهربية القشرة للفص الصدغي الإنسي مصحوبة بتموجات في إشارات LFP الدقيقة وقمم نشاط الخلايا العصبية الفردية ( 1C ). أظهرت التموجات زيادة في الطاقة في النطاق من 80 إلى 120 هرتز على مقياس iEEG الكلي ومقياس LFP الصغير.

كان كل نبض تم اكتشافه في كل ميكرود كهربائي مصحوبًا بزيادة في نشاط الخلايا العصبية الفردية في هذه القناة ( 1C ). يرتبط النشاط القشري الذروة ارتباطًا وثيقًا ببدء النبضات المكتشفة على مقاييس iEEG الكلية و micro-LFP ( 1D ).

ضمن نبضة واحدة صغيرة من LFP ، تم ربط القمم التي تم الحصول عليها من قناة القطب في منطقة معينة من القشرة بانتشار التموجات ، وهو ما يتفق مع العلاقة بين الذروة ونشاط النبض الملحوظ في القوارض والبشر ( 1E و 1F ).


الصورة رقم 2 طُلب

من كل مشارك في الدراسة أداء مهمة حفظ الكلمات الزوجية شفوياً ، الأمر الذي تطلب تشفيرها ثم استرجاع الارتباطات الجديدة بين أزواج من الكلمات المختارة عشوائيًا في كل اختبار ( 2 أ ).

بواسطة حدث انفجار ، يعني العلماء مؤشرات الوقت التي تجاوزت خلالها القمم القشرية العتبة بناءً على تردد تعداد السكان يبلغ 25 مللي ثانية على الأقل. بالنسبة لجميع المشاركين ، كان متوسط ​​التواتر للرشقات 1.4 ± 0.2 هرتز ، وتضمنت كل رشقة 39.9 ± 6.3٪ من جميع الوحدات المحددة (الخلايا العصبية) خلال هذه الجلسة الخاصة للمهمة. وقعت أحداث الاندفاع بشكل متكرر طوال الوقت الذي قدم فيه الموضوع أزواجًا لفظية ( 2B ).

بعد ذلك ، أعاد العلماء ترتيب الخلايا العصبية في كل اختبار وفقًا لتسلسل النموذج الذي تم الحصول عليه من الاندفاع النسبي للنشاط بين أزواج من الخلايا العصبية خلال كل فترة تشفير. تم استخدام هذا التسلسل النموذجي للتصور أكثر من تحليل البنية الزمنية لنشاط الخلايا العصبية في العديد من الأحداث خلال فترات التشفير وفترات البحث. يبدو أن الخلايا العصبية أثناء الرشقات الفردية تحافظ على نفس الترتيب المتسلسل لإمكانية الفعل طوال فترة التشفير بأكملها ( 2C ).

بما أن التسلسل المتكرر لإمكانات العمل لوحظ عندما قام المشاركون في التجارب بتشفير أزواج من الكلمات ، كان من الممكن تحديد الدرجة التي كانت فيها تسلسلات إمكانات العمل للخلايا العصبية في أحداث الاندفاع متناسقة مع بعضها البعض في تجارب مختلفة أو اختلفت في شيء.

لكل حدث رشقة ، تم تحديد تسلسل نشاط الذروة بين الخلايا العصبية داخل هذا الاندفاع المحدد عن طريق طلب كل خلية عصبية وفقًا لوقت حدوث أقصى جهد لها في نطاق ± 75 مللي ثانية من مؤشر حدث الاندفاع المركزي.

تم العثور على العديد من الأمثلة على الخلايا العصبية التي شكلت تسلسلاً في اختبار واحد ثم أعيد تنظيمها لتشكيل تسلسل مختلف خلال الاختبار التالي ( 2D ).

من أجل التحقق من مدى تشابه أي تسلسل مع أي تسلسل آخر ، تم تحديد معامل المراسلات الذي يقارن العلاقات الزمنية الزوجية بين جميع الخلايا العصبية الشائعة لكلتا التسلسل ويأخذ قيمة 1 للتشغيل الأمامي المثالي و -1 للتشغيل العكسي المثالي .

بعد تحديد متوسط ​​القيمة الزوجية لمعامل المراسلات بين جميع التسلسلات في كل اختبار ، تم إجراء مقارنة لقيمة المتوسط ​​هذه مع توزيع قيم المعامل التي تحدث عند مقارنة جميع مجموعات الأزواج من التسلسلات في تجارب مختلفة.

أظهر تحليل البيانات معلمة مشتركة للتشفير واستنساخ الذكريات - تسلسل تكرار قمم النشاط القشري التي لوحظت في جميع التجارب ، حتى عندما لم يقم المشاركون بتأليف زوج لفظي بشكل صحيح.


الصورة رقم 3

لذلك ، إذا كان الترميز الناجح للذاكرة يعتمد على التسلسل الزمني لإمكانية عمل الخلايا العصبية ، فيجب أن يعتمد استخراج الذاكرة على نفس التسلسل ( 3A) خلال جميع الاختبارات ، لوحظت أحداث رشقات متكررة أثناء التشفير والبحث ( 3B ).

في عملية استخلاص الذاكرة ، أصبحت التسلسلات ، على ما يبدو ، أكثر تشابهًا لتسلسلات التشفير حتى اللحظة التي عبر فيها المشارك عن إجابته ( 3C ).

من الغريب أن بيانات تكرار التسلسل أثناء التشفير وأثناء استرجاع الذاكرة زادت إذا تم الرد على المهمة بشكل صحيح (كلمة زوج). في حالة قيام المشارك بإعادة إنشاء الزوج اللفظي بشكل غير صحيح ، لوحظ أقل ( 3D) ومع ذلك ، قبل أن يعبر المشارك عن إجابة خاطئة ، كانت تسلسلات البحث مماثلة لتتابعات التشفير. وبعبارة أخرى ، تزامن تسلسل تنشيط الخلايا العصبية أثناء حفظ الزوج اللفظي مع النشاط أثناء التعبير عن الجواب في النسخة الصحيحة أكثر من حالة إجابة غير صحيحة. ويترتب على ذلك أن الدماغ ، إذا لزم الأمر ، يتذكر شيئًا محددًا ، ويختار اللوحة المطلوبة مع هذه الذاكرة ويعيد إنتاجها ، بشكل مجازي.

إذا كانت هذه الآلية موجودة ، فيجب أن تكون فردية لذكريات مختلفة ( 3F) وجد أيضًا أن الترميز الصحيح واسترجاع المعلومات كان لهما تواتر انفجار أقل من عدد الخلايا العصبية ومعامل Fano أقل مقارنة بالمثيلات المماثلة في التجارب ذات الإجابة غير الصحيحة. هذا يشير إلى أن البحث الناجح ينطوي على إعادة إنتاج تسلسلات دقيقة من الإثارة العصبية ( 3G ).


الصورة رقم 4

كما ذكرنا سابقًا ، فإن أحداث الاندفاع التي تمت ملاحظتها أثناء البحث ترتبط ارتباطًا وثيقًا بتذبذبات من نوع تموج على مقاييس iEEG الكلية و LFP ( 1C)) ومع ذلك ، فإن عددًا قليلاً فقط من هذه الأحداث القشرية يرتبط بتموجات في الفص الصدغي الإنسي. تشير الأبحاث السابقة إلى أن أحداث الانفجار القشري المرتبطة بأحداث مماثلة في الفص الصدغي الإنسي ( 4A ) هي في قلب استرجاع الذاكرة .

خلال اختبارات الزوج اللفظي ، لوحظت أحداث الاندفاع المرتبطة بالفص الصدغي الإنسي ، والتي أظهرت معامل تشابه أعلى في التسلسل مع فترة الترميز من تلك الأحداث التي حدثت في غياب نشاط الفص الصدغي الإنسي ( 4B ).

وقد وجد أيضًا أن استنساخ الذاكرة في القشرة الدماغية ، الناجم عن النشاط في الفص الصدغي الإنسي ، حدث في موعد لا يتجاوز 100 مللي ثانية بعد بداية هذا النشاط ( 4C ).

أثناء الاختبارات ، عندما أعطى المشاركون الإجابة الصحيحة ، أظهرت أحداث الاندفاع المرتبطة بنبضات MTL استنساخًا أكبر بكثير للتسلسلات الموجودة أثناء التشفير مقارنة بالأحداث غير ذات الصلة ( 4D ).

ويترتب على هذا أنه لكل ترميز للذاكرة هناك تسلسل خاص به لنشاط الخلايا العصبية الفردية. ومن أجل التكاثر الصحيح للذكريات ، يجب على الدماغ إعادة إنتاج هذا التسلسل بشكل متكرر.

للحصول على معرفة أكثر تفصيلاً بالفروق الدقيقة في الدراسة ، أوصي بإلقاء نظرة على تقرير العلماء .

الخاتمة


في هذه الدراسة ، تمكن العلماء من الحصول على دليل مادي مباشر على أن تكاثر الذكريات يعتمد على التكاثر المنسق لسلسلة من إمكانات عمل الخلايا العصبية في الدماغ البشري.

عندما يتذكر الشخص شيئًا ما ، يتم تشكيل سلسلة من النشاط العصبي في الدماغ. عندما يريد تذكر شيء ما ، من أجل استخراج الذاكرة المطلوبة بنجاح ، يجب على دماغه إعادة إنتاج التسلسل الذي تم إنشاؤه مسبقًا.

تم تأكيد ذلك خلال الاختبارات. عندما استدعى المشاركون في الاختبار بشكل صحيح زوجًا لفظيًا معينًا ، تزامن تسلسل الاستنساخ (الذاكرة) والتشفير (الحفظ) ، والذي لم يتم ملاحظته في حالات الإجابات الخاطئة.

وفقًا للباحثين ، يمكن أن يصبح عملهم أداة إضافية في محاولة فهم جميع ميزات العمليات المدمرة في الدماغ البشري التي تسبب ضعفًا في الذاكرة والوعي والتفكير. إذا جادلنا من وجهة نظر أكثر الخيال العلمي ، فإن فهم أن هناك تسلسلًا معينًا يمكن إعادة إنتاجه يمكن أن يسمح لنا بإعادة إنتاج الذكريات الضرورية بدقة وسرعة في الوقت المناسب.

القليل من الدعاية :)


أشكركم على البقاء معنا. هل تحب مقالاتنا؟ هل تريد رؤية مواد أكثر إثارة للاهتمام؟ ادعمنا عن طريق تقديم طلب أو التوصية لأصدقائك ، VPS السحابي للمطورين من $ 4.99 ، وهو نظير فريد من نوعه لخوادم مستوى الدخول التي اخترعناها لك: الحقيقة الكاملة عن VPS (KVM) E5-2697 v3 (6 نوى) 10GB DDR4 480GB SSD 1Gbps من $ 19 أو كيفية تقسيم الخادم؟ (تتوفر الخيارات مع RAID1 و RAID10 ، حتى 24 مركزًا و 40 جيجابايت DDR4).

Dell R730xd أرخص مرتين في مركز بيانات Equinix Tier IV في أمستردام؟ فقط لدينا 2 x Intel TetraDeca-Core Xeon 2x E5-2697v3 2.6GHz 14C 64GB DDR4 4x960GB SSD 1Gbps 100 TV من 199 دولارًا في هولندا!Dell R420 - 2x E5-2430 2.2 جيجا هرتز 6C 128 جيجا بايت DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - من 99 دولار! اقرأ عن كيفية بناء مبنى البنية التحتية الفئة c باستخدام خوادم Dell R730xd E5-2650 v4 بتكلفة 9000 يورو مقابل سنت واحد؟

More articles:


All Articles