연구자들은 기억을 제시간에 구성하는 핵심 뇌 메커니즘을 밝혀냈습니다.
새로운 연구는 뇌의 해마 영역이 기억을 시퀀스로 구성하는 기본 메커니즘의 발견과 이것이 미래 행동을 계획하는 데 어떻게 사용될 수 있는지 자세히 설명합니다.
이번 발견은 알츠하이머병 및 기타 형태의 치매와 같은 인지 장애의 기억 상실을 이해하는 데 중요한 초기 단계가 될 수 있습니다.
설치류의 전기생리학적 기록 기술과 방대한 데이터에 대한 통계적 기계 학습 분석을 결합하여 연구원들은 다음과 같은 증거를 발견했습니다. 해마 네트워크는 의사 결정을 돕기 위해 경험의 진행 상황을 인코딩하고 보존합니다.
“우리의 뇌는 특정 경험이나 사건이 발생했을 때 꽤 좋은 기록을 남깁니다. 이 능력은 우리가 일상 생활에서 기능하는 데 도움이 되지만 이 연구 전에는 이러한 과정 뒤에 있는 신경 메커니즘에 대한 명확한 아이디어가 없었습니다. 어바인.
"모든 사람과 관련이 있는 부분은 이러한 유형의 기억이 다양한 신경 장애 또는 단순히 노화와 함께 심하게 손상되기 때문에 이 뇌 기능이 어떻게 작동하는지 알아야 한다는 것입니다."
완료하는 데 XNUMX년 이상이 소요된 이 프로젝트에는 실험 및 데이터 분석 단계가 포함되었습니다. 연구원들은 일련의 냄새 식별 테스트를 받는 쥐의 뇌에서 뉴런의 발화를 모니터링했습니다. XNUMX가지 서로 다른 모습을 보여줌으로써 냄새가 난다. 다양한 시퀀스에서 과학자들은 정확한 시퀀스에 대한 동물의 기억을 측정하고 두뇌가 이러한 순차적 관계를 포착하는 방법을 감지할 수 있었습니다.
Fortin은 "내가 생각하는 비유는 컴퓨팅입니다. “내가 당신의 뇌에 전극을 꽂는다면 우리는 할 수 없습니다. 그것이 우리가 쥐를 사용하는 이유입니다. 어떤 세포가 발화하고 있고 어떤 세포가 주어진 순간에 발화하지 않는지 알 수 있습니다. 이는 뇌가 정보를 표현하고 계산하는 방법에 대한 통찰력을 제공합니다. 구조의 활동 패턴을 기록할 때 컴퓨터에서 XNUMX과 XNUMX을 보는 것과 같습니다.”
몇 분에 걸쳐 밀리초 간격으로 얻은 신경 활동 및 비활동 측정은 뇌 기능의 동적 그림을 나타냅니다. 포틴은 그와 그의 동료들이 어떤 면에서 세포의 “코딩”을 빠르게 연속적으로 관찰함으로써 피험자의 “마음을 읽을” 수 있었다고 말합니다.
빠르게 움직이기
“당신이 무언가에 대해 생각하고 있을 때, 그것은 빠르게 움직입니다.”라고 그는 말합니다. “당신은 그 기억에 오래 집착하지 않습니다. 바로 지금 그것이 표현되고 있지만 우리는 그것이 어떻게 매우 빠르게 변하는지 볼 수 있습니다.”
Fortin은 해마 활동을 판독하면 엄청난 양의 원시 데이터가 생성된다는 것을 일찍부터 알고 있었습니다. 프로젝트의 초기 단계부터 그는 Donald Bren 정보 및 컴퓨터 과학 학교에서 통계 전문가의 참여를 모집했습니다.
“당시 연구실에서 했던 신경과학 질문은 우리가 가진 통계적 지식에 비해 너무 고급스러웠습니다. 그렇기 때문에 데이터 과학 전문 지식을 갖춘 파트너를 참여시켜야 했습니다.”라고 Fortin은 말합니다.
수석 공동 저자인 통계학 교수인 Babak Shahbaba는 "이러한 새로운 신경 과학 연구는 데이터의 복잡성 때문에 데이터 과학 방법에 의존합니다. “뇌 활동은 밀리초 단위로 기록되고 이러한 실험은 XNUMX시간 이상 진행되므로 데이터 양이 얼마나 빨리 증가하는지 상상할 수 있습니다. 신경과학자들이 상상했지만 구현할 수 없었던 것을 성취하기 위해서는 더 발전된 기술이 필요하다는 점에 도달했습니다.”
그는 뉴런이 기억과 같은 정보를 인코딩할 때 과학자들은 집합적으로 앙상블이라고 알려진 모든 기록된 뉴런에서 스파이크 활동 패턴을 조사함으로써 그 과정을 엿볼 수 있다고 지적합니다.
Shahbaba는 "우리는 이러한 신경 패턴을 이미지로 처리할 수 있다는 것을 발견했고 이를 통해 딥 머신 러닝 방법을 적용할 수 있는 능력을 키울 수 있었습니다."라고 말합니다. "우리는 얼굴 인식과 같은 이미지 처리 응용 프로그램에서 자주 사용되는 방법론인 컨볼루션 신경망으로 데이터를 분석했습니다."
이런 식으로 연구원들은 정보를 검색하기 위해 뉴런의 발화를 해독할 수 있었습니다.
"우리는 A, C, D에 대한 기호를 알고 있는 것처럼 냄새 B에 대한 기호가 어떻게 생겼는지 알고 있습니다."라고 Fortin은 말합니다. "이 때문에 피험자가 아직 일어나지 않은 일을 예상하는 경우와 같이 해당 서명이 다른 시점에 언제 다시 나타나는지 알 수 있습니다. 우리는 이 서명들이 미래에 대해 생각하면서 빠르게 재생되는 것을 보고 있습니다.”
Shahbaba는 이 프로젝트에서 개발된 도구와 방법론이 광범위한 문제에 적용될 수 있으며 Fortin은 연구 범위를 다른 뇌 영역으로 확장할 수 있다고 말합니다.
저자에 관하여
작품이에서 나타납니다. 자연 통신.
자금은 국립 보건원, 국립 과학 재단 및 화이트홀 재단에서 제공되었습니다.
출처: UC 얼바인
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