هنگامی که اطلاعات را در ذهن نگه می دارید و بر روی آن اطلاعات تمرکز میکنید فعالیت عصبی در زمان و در قسمتی از مغز که انفجاری از ریتم های فرکانسی گاما وجود دارد بیشتر متمرکز می شود.
به گزارش تکناک، حافظه فعال توانایی سریعی برای نگهداری و دستکاری آگاهانه اطلاعات جدید در ذهن دارد. به طور خاص، نورونهای شرکتکننده در قشر جلوی مغز باید به طور همزمان با هم کار کنند تا افکارمان را متمرکز کنند.
محققان مستقر در موسسه یادگیری و حافظه Picower در MIT در یک مطالعه جدید نشان می دهند که چگونه این تمرکز افکار شکل می گیرد.
معیار کلیدی در مطالعه منتشر شده اخیراً در ژورنال Scientific Reports تغییرپذیری فعالیت نورون ها است. بین دانشمندان توافق گسترده ای وجود دارد که فعالیت با تنوع کمتر به معنای هماهنگی متمرکزتر با کار است.
در واقع، اندازه گیری های این تنوع نشان داده است که وقتی انسان ها و حیوانات در طول بازی های حافظه فعال در آزمایشگاه تمرکز می کنند، تنوع کاهش می یابد.
در چندین مطالعه بین سالهای 2016 و 2018، میکائیل لوندکویست نویسنده ارشد و ارل کی. میلر نویسنده همکار از طریق اندازهگیری مستقیم صدها نورون و مدلسازی دقیق نشان دادند که انفجار ریتم های فرکانس گاما در قشر جلوی مغز، نمایش عصبی اطلاعات در مغز را هماهنگ می کند.
نمایش اطلاعات را می توان در افزایش همزمان جمعیت سلول های عصبی منفرد اندازه گیری کرد. در همین حال، انفجارهای ریتم فرکانس بتا، باعث میشود مغز دستکاری اطلاعات را انجام دهد.
این تئوری که میلر آن را «حافظه فعال 2.0» نامید، این باور قدیمی را که نورون ها اطلاعات حافظه فعال را از طریق فعالیت یکنواخت و مداوم حفظ می کنند به چالش کشید.
طرفداران مدل قدیمی، از اندازهگیریهای میانگین انجامشده در تعداد کمی نورون که از طریق مدلسازی مبتنی بر رایانه از فعالیت مغز انجام میشد تا استدلال کنند که کاهش تغییرپذیری نمیتواند از انفجارهای متناوب فعالیت ریتمیک پدیدار شود.
اما مطالعه جدید نشان میدهد که تغییرپذیری کاهشیافته، در واقع ظاهر میشود.پروفسور میلر، از بخش مغز و علوم شناختی MIT، میگوید: ما از فعالیت عصبی واقعی ثبتشده از قشر جلوی مغز استفاده کردیم تا نشان دهیم که انفجارهای ریتمیک، تغییرپذیری را زمانی که حیوانات بر روی یک کار تمرکز میکنند.کاهش میدهد.
میلر میگوید: تمام پدیدههایی که ما فکر میکنیم برای حافظه فعال مهم هستند، انفجارهای گاما همان کاری را انجام میدهند که باید انجام دهند. وقتی حیوانات در حال انجام یک تکلیف فکری فعال هستند، همه چیز بیشتر متمرکز می شود و این به طور طبیعی تنوع را کاهش می دهد. این نشان می دهد که چگونه این عناصر ریتمیک جدید حافظه کاری کاملاً با مغز شما که فعالیت خود را بر روی کار مورد نظر متمرکز می کند سازگار است.
مشاهدات مستقیم
در این مطالعه، لوندکویست و تیمش انفجارهای گاما و اسپایک های عصبی فردی را در میان صدها نورون اندازهگیری کردند، زیرا شش حیوان سه بازی حافظه کاری مختلف را انجام میدادند. آنها همچنین با استفاده از محاسباتی به نام “عامل فانو”، میزان تفاوت آن فعالیت از آزمایشی به آزمایشی دیگر را تجزیه و تحلیل کردند.
همانطور که حیوانات فعالیت های فکری خود را انجام می دهند، انفجارهای گاما و نرخ اسپک تفاوت های واضحی را نسبت به دوره پایه نشان دادند، که مطابق با خواسته های فعالیت تعدیل می شد. به عنوان مثال، در یک کار زمانی که هر موردی که باید به خاطر بسپارید به صورت گذرا به اوج برسد و سپس زمانی که قرار بود حافظه حیوانات آزمایش شود.
در حالی که فعالیت به وضوح توسط کار تعدیل می شد، تغییرپذیری از آزمایشی به آزمایش دیگر نیز تعدیل میشد. در هر کار، آنها دریافتند که تنوع قبل از شروع وظایف، بالاترین میزان بود.
یک وضعیت «پایه» که در آن حیوانات میتوانند به هر چیزی که میخواهند فکر کنند. اما هنگامی که حیوانات مجبور شدند دوباره روی کار تمرکز کنند، انفجار گاما و اسپایک عصبی آنها بسیار شبیه به آنچه در دفعه قبل یا دفعه بعد انجام شده بود، شد. علاوه بر این، کاهش تغییرپذیری نیز با لحظات مهم کار (به عنوان مثال، ارائه چیزی برای به خاطر سپردن) به شدت دنبال می شود.
لوندکویست، فوق دکترای سابق آزمایشگاه میلر که اکنون محقق اصلی موسسه کارولینسکا در استکهلم سوئد است، میگوید: یافتههای ما نشان میدهد که رویدادهای فراوان انفجاری گاما که توسط رشتههای شناختی مختلف دیکته میشوند همیشه وجد دارند. زمانی که ما بر روی یک کار خاص تمرکز میکنیم، رویدادهای انفجاری مرتبط با سایر رشتههای شناختی خاموش میشوند. در نتیجه، اسپایک زدن تک نورون بیشتر توسط آن کار خاص دیکته می شود.
کاهش تنوع نه تنها در زمان، بلکه در مکان نیز صادق بود. مناطقی از قشر جلوی مغز که در آن انفجارهای گاما و اسپایک کردن نشان دنده اطلاعات وظیفه محوله را دارد، نسبت به مناطقی که اطلاعات وظیفه را نشان نمیدهند، کاهش بسیار بیشتری در تنوع نشان دادند.
شبیه سازی، علیت را پیشنهاد می کند
در حالی که اندازهگیریهای مستقیم کاهش در تغییرپذیری متناسب با نیازهای کار برای تفکر متمرکز را نشان داد، تیم همچنین بررسی کرد که آیا کاهش در تغییرپذیری اسپایک ها نتیجه کاهش تنوع انفجار گاما است یا خیر؟
آنها با استفاده از اندازهگیریهای انفجار گاما و تغییرپذیری آنها، از نظر محاسباتی با تغییرات شبیهسازی در اسپایک ها ( به مثلاً سرعت اسپاک کردن) بررسی انجام دادند تا ببینند آیا کاهش در تغییرات انفجار گاما لزوماً منجر به کاهش تغییرات اسپاک میشود یا خیر؟
لوندکویست میگوید: ما از یک مدل ساده استفاده کردیم که در آن به نورونها دو نرخ آتش مجزا دادیم، بسته به اینکه آیا در حال حاضر یک رویداد انفجار گاما در حال انجام است یا نه؟ سپس، صرفاً بر اساس زمانبندی رویدادهای انفجار گامای ثبتشده، هزاران قطار اسپایک ساختیم. این قطارهای اسپایک مصنوعی تغییرات بسیار مشابهی در تغییرپذیری با آنچه در ابتدا ثبت شده بود داشتند. این نشان می دهد که مشارکت در رویدادهای جمعیتی تا حد زیادی باعث این کاهش می شود.
در مجموع، دانشمندان دریافتند که تغییرپذیری با تقاضای تکلیف حافظه فعال کاهش مییابد، و این با زمانبندی و قرارگیری انفجارهای ریتم گاما هدایت میشود.
نویسندگان نوشتند: ما دریافتیم که تلفیق مرتبط انفجارهای اسپک و توان گاما در طول یک فعالیت حافظه کاری منجر به کاهش متقابل در تغییرپذیری فعالیت عصبی می شد. علاوه بر این، ما دریافتیم که یک رابطه مستقیم بین کاهش تغییرپذیری انفجار گاما و کاهش تغییرپذیری اسپایکینگ وجود دارد. آنها هم در زمان و هم در مکان اتفاق افتادند.
