Get best of the week

Arquivos da memória: como o cérebro codifica e reproduz memórias



Por um lado, o cérebro humano é bastante compreensível; por outro, está cheio de quebra-cabeças e perguntas para as quais ainda não há respostas. E aqui tudo é lógico, dado que esse sistema é extremamente complexo do ponto de vista da arquitetura e do ponto de vista dos processos em andamento e do relacionamento entre eles. Se compararmos o cérebro com um computador em clássicos, além de processar informações, ele também realizará seu armazenamento. Qualquer memória é removida dos arquivos da memória sob a influência de algum tipo de estímulo: um aroma familiar, melodia, palavras etc. No entanto, a questão permanece - onde está esse arquivo e o que contribui para sua abertura? Cientistas do NINDS (Instituto Nacional de Distúrbios Neurológicos e Derrame) examinaram o cérebro de pacientes com epilepsia resistente a medicamentos para identificar e tentar explicar os mecanismos de extração de memórias. Então, como nos lembramoso que acontece no cérebro nesse momento e por que o estudo foi realizado com a participação de pacientes com epilepsia? Aprendemos sobre isso com o relatório dos cientistas. Vai.

Base de estudo


Antes de tudo, vale a pena notar que pacientes com epilepsia, que não é passível de tratamento medicamentoso (infelizmente, os medicamentos não podem controlar convulsões), são participantes de outro estudo em que eletrodos são cirurgicamente conectados ao cérebro para identificar os mecanismos de ocorrência de convulsões.

A presença desses eletrodos permite um estudo paralelo da memória, pois a conexão entre essa doença e a memória é bastante curiosa. Os pesquisadores lembram que em 1957, um certo paciente com epilepsia teve uma parte do cérebro removida para salvá-lo de ataques. Mas o procedimento teve um sério efeito colateral - o paciente não conseguiu mais formar novas memórias, ou seja, ele perdeu o mecanismo da memória episódica.

Desde então, surgiu a teoria de que as memórias episódicas são preservadas ou codificadas como estruturas (padrões) da atividade neural. Quando uma pessoa se depara com algum tipo de estímulo (um cheiro familiar, som, etc.), o cérebro reproduz essa atividade, permitindo que ele se lembre de algo relacionado a esse estímulo. Isso lembra a reprodução de um registro no qual a memória foi gravada e, nesse caso, estímulos externos servem como a agulha do reprodutor. Não obstante, por mais bela que seja a analogia, o próprio mecanismo desse processo permanece pouco compreendido.

Anteriormente, um estudo destinado a explicar os mecanismos para extrair memórias já havia sido realizado. Os ratos agiram como sujeitos experimentais e os cientistas foram capazes de determinar que o cérebro pode armazenar memórias em seqüências únicas de potenciais de ação *.
* — , , .
Os cientistas decidiram verificar a confiabilidade dos resultados da pesquisa em roedores, realizando os mesmos estudos no cérebro humano. Observações da atividade cerebral de roedores, em particular o lobo temporal medial, mostraram que neurônios individuais geram impulsos em seqüências quando os animais estudam o ambiente (em uma câmara de teste) e que essas seqüências são reproduzidas durante o repouso (quando o animal não está dormindo, mas com atividade física específica). não) e durante o sono.

A reprodução das seqüências de pico de atividade foi interpretada como extração e consolidação de memória, bem como parte do mecanismo de planejamento. Mas isso é tudo em ratos, com seres humanos as coisas podem ser completamente diferentes.

As seqüências neurais reproduzidas no lobo temporal medial dos camundongos estão associadas a flutuações rápidas, chamadas de "ondulações". As ondulações também estão relacionadas à extração de memória episódica em humanos. Portanto, as ondulações podem, em teoria, ser associadas a reproduções repetidas relevantes para a memória do pico de atividade no cérebro humano.

Resultados da pesquisa


Para testar teorias, os cientistas conduziram um estudo sobre a relação entre ondulações corticais e atividade de pico de neurônios individuais. Os sujeitos foram 6 pessoas (4 homens e 2 mulheres, idade média 34,8 ± 4,7 anos).


Imagem No. 1

As principais ferramentas para coletar informações foram: MEA (Microelectrode Array) para coletar dados sobre os potenciais de ação de neurônios individuais e campo micro-local * do lobo temporal anterior; eletrocorticograma (iEEG) para coleta de sinais em macroescala de eletrodos subdurais localizados acima do córtex temporal lateral e ao longo do lobo temporal medial ( 1A e 1B ).
Os potenciais do campo local * são sinais elétricos temporários gerados nos tecidos nervoso e outros através da atividade elétrica total e síncrona de células individuais (por exemplo, neurônios) nesse tecido.
Os sinais IEEG detectaram vibrações do tipo cascata no MTG e no MTL, bem como qualquer conexão potencial entre as regiões do cérebro.
MTL - lobo temporal medial do cérebro;
MTG é o giro temporal médio.
As ondulações presentes nos registros do eletrocorticograma do lobo temporal medial foram acompanhadas por ondulações nos sinais da micro-LFP e picos de atividade dos neurônios individuais ( 1C ). As ondulações mostraram um aumento de potência na faixa de 80 a 120 Hz, tanto na escala macro-iEEG quanto na micro-LFP.

Cada pulsação detectada em cada microeletrodo foi acompanhada por um aumento na atividade de neurônios individuais neste canal ( 1C ). O pico de atividade cortical está intimamente relacionado ao início das pulsações detectadas nas escalas macro-iEEG e micro-LFP ( 1D ).

Dentro de um único pulso de micro-LFP, os picos obtidos do canal de eletrodo em uma determinada região do córtex estavam ligados à propagação de ondulações, o que é consistente com a relação entre o pico e a atividade de pulsação observada em roedores e humanos ( 1E e 1F ).


Imagem Nº 2

Foi solicitado a cada um dos participantes que realizasse a tarefa de memorizar verbalmente palavras de pares, o que exigia que elas fossem codificadas e depois recuperassem novas associações entre pares de palavras selecionadas aleatoriamente em cada teste ( 2A ).

Por um evento de explosão, os cientistas significam índices de tempo durante os quais os picos corticais excederam o limite com base em uma frequência populacional de pelo menos 25 ms. Para todos os participantes, as rajadas tiveram uma frequência média de 1,4 ± 0,2 Hz, e cada rajada incluiu 39,9 ± 6,3% de todas as unidades identificadas (neurônios) durante esta sessão específica da tarefa. Os eventos de burst ocorreram repetidamente durante todo o tempo em que o sujeito apresentou pares verbais ( 2B ).

Em seguida, os cientistas reordenaram os neurônios em cada teste, de acordo com a sequência do modelo obtida a partir da relativa explosão de atividade entre pares de neurônios durante cada período de codificação. Essa sequência modelo foi usada mais para visualização do que para análise da estrutura temporal da atividade neuronal em vários eventos durante os períodos de codificação e pesquisa. Os neurônios durante as explosões individuais aparentemente preservam a mesma ordem seqüencial do potencial de ação durante todo o tempo de codificação ( 2C ).

Como sequências repetidas do potencial de ação foram observadas quando os participantes nos experimentos codificaram pares de palavras, foi possível quantificar o grau em que as seqüências do potencial de ação dos neurônios nos eventos de explosão eram consistentes entre si em diferentes ensaios ou diferiam em algo.

Para cada evento de rajada, a sequência do pico de atividade entre os neurônios dentro dessa rajada específica foi determinada ordenando cada neurônio de acordo com quando seu potencial máximo de ação surgisse na faixa de ± 75 ms a partir do índice central de eventos de rajada.

Foram encontrados vários exemplos de neurônios que formaram uma sequência em um estudo e depois se reorganizaram para formar uma sequência diferente durante o próximo estudo ( 2D ).

Para verificar a semelhança de qualquer sequência com qualquer outra sequência, foi determinado um coeficiente de correspondência que compara as relações temporais em pares entre todos os neurônios comuns a ambas as seqüências e assume o valor de 1 para reprodução direta perfeita e -1 para reprodução reversa perfeita .

Tendo determinado o valor médio em pares do coeficiente de correspondência entre todas as seqüências em cada teste, foi feita uma comparação desse valor médio com a distribuição dos valores do coeficiente que ocorre ao comparar todas as combinações de pares em pares de sequências em diferentes ensaios.

A análise dos dados mostrou um parâmetro comum para codificação e reprodução de memórias - as seqüências repetidas de picos de atividade cortical que foram observadas em todos os ensaios, mesmo quando os participantes não compuseram um par verbal corretamente.


Imagem No. 3

Portanto, se a codificação bem sucedida da memória depende da sequência temporal do potencial de ação dos neurônios, a extração da memória deve depender da mesma sequência ( 3A) Durante todos os testes, foram observados eventos repetidos durante a codificação e pesquisa ( 3B ).

No processo de extração de memória, as seqüências, aparentemente, se tornaram cada vez mais semelhantes às seqüências de codificação até o momento em que o participante deu sua resposta ( 3C ).

É curioso que os dados de repetição da sequência durante a codificação e a recuperação da memória aumentem se a tarefa for respondida corretamente (par de palavras). No caso em que o participante recriou incorretamente o par verbal, menos foi observado ( 3D) No entanto, antes que o participante expressasse a resposta errada, as sequências de busca eram semelhantes às seqüências de codificação. Em outras palavras, a sequência de ativação dos neurônios durante a memorização de um par verbal coincidiu com a atividade de expressar a resposta na versão correta mais do que no caso de uma resposta incorreta. A partir daí, o cérebro, se necessário, se lembra de algo específico, seleciona a placa desejada com essa memória e a reproduz, metaforicamente falando.

Se esse mecanismo existe, ele deve ser individual para diferentes memórias ( 3F) Também foi descoberto que a codificação correta e a recuperação de informações apresentaram uma frequência de explosão mais baixa da população de neurônios e um coeficiente de Fano mais baixo em comparação com os similares nos ensaios com a resposta incorreta. Isso sugere que uma pesquisa bem-sucedida envolve a reprodução de seqüências exatas de excitação neural ( 3G ).


Imagem nº 4

Como mencionado anteriormente, os eventos de rajada observados durante a pesquisa estão intimamente relacionados às oscilações do tipo cascata nas escalas macro-iEEG e micro-LFP ( 1C) No entanto, apenas alguns desses eventos corticais estão associados a ondulações no lobo temporal medial. Pesquisas anteriores sugerem que eventos de explosão cortical associados a eventos semelhantes no lobo temporal medial ( 4A ) estão no centro da recuperação da memória .

Durante os testes de pares verbais, foram observados eventos de rajada associados ao lobo temporal medial, os quais apresentaram maior coeficiente de similaridade de sequência com o período de codificação do que aqueles que ocorreram na ausência de atividade do lobo temporal medial ( 4B ).

Verificou-se também que a reprodução da memória no córtex cerebral, causada pela atividade no lobo temporal medial, ocorreu no máximo 100 ms após o início dessa atividade ( 4C ).

Durante os testes, quando os participantes deram a resposta correta, os eventos de rajada associados às pulsações de MTL mostraram uma reprodução significativamente maior das seqüências presentes durante a codificação em comparação aos eventos não relacionados ( 4D ).

A partir disso, conclui-se que, para cada codificação da memória, há sua própria sequência de atividade dos neurônios individuais. E para a reprodução correta das memórias, o cérebro deve reproduzir essa sequência repetidamente.

Para um conhecimento mais detalhado das nuances do estudo, recomendo que você analise o relatório dos cientistas .

Epílogo


Neste estudo, os cientistas foram capazes de obter evidências materiais diretas de que a reprodução de memórias se baseia na reprodução coordenada de seqüências de potenciais de ação de neurônios no cérebro humano.

Quando uma pessoa se lembra de algo, uma sequência de atividade neuronal é formada no cérebro. Quando ele quer se lembrar de algo, para extrair com sucesso a memória desejada, seu cérebro deve reproduzir a sequência criada anteriormente.

Isso foi confirmado durante os testes. Quando os participantes do teste recordaram corretamente um determinado par verbal, a sequência de reprodução (memória) e codificação (memorização) coincidiu, o que não foi observado nos casos de respostas errôneas.

Segundo os pesquisadores, seu trabalho pode se tornar uma ferramenta adicional na tentativa de entender todas as características dos processos destrutivos no cérebro humano que causam problemas de memória, consciência e pensamento. Se argumentarmos de um ponto de vista mais científico, entender que existe uma certa sequência que pode ser reproduzida pode nos permitir reproduzir com precisão e rapidez as memórias necessárias no momento certo.

Um pouco de publicidade :)


Obrigado por ficar com a gente. Você gosta dos nossos artigos? Deseja ver materiais mais interessantes? Ajude-nos fazendo um pedido ou recomendando aos seus amigos o VPS baseado em nuvem para desenvolvedores a partir de US $ 4,99 , um analógico exclusivo de servidores básicos que foi inventado por nós para você: Toda a verdade sobre o VPS (KVM) E5-2697 v3 (6 núcleos) 10 GB DDR4 480 GB SSD 1 Gbps de US $ 19 ou como dividir o servidor? (as opções estão disponíveis com RAID1 e RAID10, até 24 núcleos e até 40GB DDR4).

Dell R730xd 2 vezes mais barato no data center Equinix Tier IV em Amsterdã? Somente nós temos 2 TVs Intel TetraDeca-Core Xeon 2x E5-2697v3 2.6GHz 14C 64GB DDR4 4x960GB SSD 1Gbps 100 TV a partir de US $ 199 na Holanda!Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - a partir de US $ 99! Leia sobre Como criar um prédio de infraestrutura. classe c usando servidores Dell R730xd E5-2650 v4 que custam 9.000 euros por um centavo?

More articles:


All Articles