سلول‌های مغز چگونه جریان زمان را رمزگذاری می کنند؟

01

از 03

پیامدها برای پروتزهای عصبی و هوش مصنوعی

نویسنده ارشد مطالعه، دکتر ایتزاک فرید، گفت: «نتایج ما می‌تواند در توسعه دستگاه‌های پروتز عصبی برای بهبود حافظه و سایر عملکردهای شناختی مفید باشد، همچنین پیامدهایی برای درک هوش مصنوعی از شناخت در مغز انسان به دنبال دارد.»

وی تصریح کرد: «تشخیص الگوها از تجربیات در طول زمان برای مغز انسان در راستای تشکیل حافظه، پیش‌بینی نتایج احتمالی آینده و هدایت رفتارها بسیار مهم است. اما اینکه این فرایند در سطح سلولی در مغز چگونه انجام می‌شود، تاکنون ناشناخته بود.»

تحقیقات قبلی که از ضبط‌های مغزی و تصویربرداری عصبی برای درک چگونگی پردازش ناوبری فضایی توسط مغز استفاده کرده‌اند، نشان داده‌اند که دو منطقه از مغز یعنی هیپوکامپ و قشر انتورینال، نقش‌های کلیدی ایفا می‌کنند.

این دو منطقه مغزی، که هر دو در عملکردهای حافظه مهم هستند، با هم تعامل می‌کنند تا یک نقشه شناختی ایجاد نمایند.

نورون‌های هیپوکامپ به عنوان سلول‌های مکانی عمل می‌کنند تا نشان دهند یک حیوان در یک مکان خاص است، مشابه یک “X” روی نقشه، در حالی که نورون‌های قشر انتورینال به عنوان سلول‌های شبکه عمل می‌کنند تا یک متریک از فاصله فضایی را فراهم کنند. این سلول‌ها ابتدا در جوندگان و بعد توسط گروه تحقیقاتی فرید در انسان‌ها یافت شدند.

مطالعات بیشتر نشان داده‌اند که اقدامات عصبی مشابه برای نمایه‌سازی تجربیات غیر فضایی مانند: زمان، فرکانس صدا و ویژگی‌های اشیاء کار می‌کنند.

یک یافته مهم توسط فرید و همکاران او، سلول‌های «مفهومی» در هیپوکامپ و قشر انتورینال انسان بود که به افراد، مکان‌ها یا اشیای خاص پاسخ می‌دهند و به نظر می‌رسد که برای توانایی ما در حافظه اساسی هستند.

02

از 03

بررسی زمان و تجربه در سلول‌های مغز

مطالعه UCLA برای بررسی پردازش رویدادهای زمانی در سلول‌های مغز، 17 شرکت‌کننده با صرع غیرقابل درمان را که در گذشته الکترودهای عمقی در مغز آنها برای درمان بالینی کاشته شده بود، جذب کرد.

محققان فعالیت عصبی شرکت‌کنندگان را در حالی که تحت یک روش پیچیده شامل وظایف رفتاری، تشخیص الگو و توالی تصاویر قرار داشتند، ثبت کردند.

شرکت‌کنندگان ابتدا یک بخش غربالگری اولیه را طی کردند که در طول آن حدود 120 تصویر از افراد، حیوانات، اشیاء و مکان‌های دیدنی به طور مکرر در 40 دقیقه به آنها نشان داده شد.

به شرکت‌کنندگان دستور داده شد تا وظایف مختلفی مثل تعیین اینکه آیا تصویر یک شخص را نشان می‌دهد یا نه را انجام دهند. تصاویر از مواردی مانند: بازیگران معروف، موسیقی‌دانان و مکان‌ها، تا حدی بر اساس ترجیحات هر شرکت‌کننده انتخاب شدند.

پس از این، شرکت‌کنندگان یک آزمایش سه مرحله‌ای را انجام دادند که در آن وظایف رفتاری را در پاسخ به تصاویری که به صورت تصادفی در مکان‌های مختلف یک نمودار هرمی نمایش داده می‌شد، انجام می‌دادند. برای هر شرکت‌کننده 6 تصویر انتخاب شد.

در مرحله اول، تصاویر به ترتیب شبه‌تصادفی نمایش داده شدند. در مرحله بعد، ترتیب تصاویر بر اساس مکان آنها در نمودار هرمی تعیین شد. مرحله نهایی مشابه مرحله اول بود.

در حالی که این تصاویر را مشاهده می‌کردند، از شرکت‌کنندگان درخواست شد تا وظایف رفتاری مختلفی را که به موقعیت تصاویر در نمودار هرمی مربوط نبود، انجام دهند.

این وظایف شامل تعیین اینکه آیا تصویر یک مرد یا زن را نشان می‌دهد، یا اینکه آیا تصویر داده شده نسبت به مرحله قبلی آینه‌ای است یا خیر، بود.

03

از 03

کشفیات کلیدی در فعالیت عصبی

در تحلیل‌های خود، فرید و همکاران او دریافتند که نورون‌های هیپوکامپ-انتورینال به تدریج شروع به تغییر و تطبیق فعالیت خود با توالی تصاویر در نمودارهای هرمی کردند.

این الگوها به طور طبیعی و بدون دستور مستقیم به شرکت‌کنندگان شکل گرفتند. علاوه بر این، الگوهای عصبی احتمال محرک‌های آینده را منعکس و الگوهای رمزگذاری شده را حتی پس از اتمام وظیفه حفظ کردند.

نویسنده اصلی این مطالعه پاول تاکیکوفسکی با همکاران گولداملا کالندر و داویده سیلیبرتی بودند.

فرید اعلام کرد: «این مطالعه برای اولین بار به ما نشان می‌دهد که چگونه مغز از مکانیسم‌های مشابه برای نمایه‌سازی اطلاعات به ظاهر بسیار متفاوت یعنی فضا و زمان استفاده می‌کند. ما در سطح نورونی نشان داده‌ایم که چگونه این نمایه‌های مسیرهای اشیاء در زمان توسط سیستم هیپوکامپ-انتورینال انسان ترکیب می‌شوند.»

این مطالعه در مجله Nature منتشر شده است.