Semasa Tidur, Satu Wilayah Otak Mengajar Satu Lagi, Menukar Data Novel Menjadi Kenangan Berkekalan – Berita Neurosains

Ringkasan: Apabila badan bergerak antara tidur REM dan kitaran tidur gelombang perlahan, hippocampus dan neokorteks berinteraksi untuk memudahkan pembentukan ingatan.

Sumber: Universiti Pennsylvania

Apakah peranan yang dimainkan oleh peringkat tidur dalam membentuk ingatan?

“Kami telah lama mengetahui bahawa pembelajaran berguna berlaku semasa tidur,” kata ahli sains saraf Universiti Pennsylvania Anna Schapiro. “Anda mengekod pengalaman baharu semasa anda terjaga, anda tidur, dan apabila anda bangun, ingatan anda telah berubah.”

Namun tepatnya bagaimana pengalaman baharu diproses semasa tidur kebanyakannya masih menjadi misteri. Menggunakan model pengiraan rangkaian saraf yang mereka bina, Schapiro, Penn Ph.D. pelajar Dhairyya Singh, dan Kenneth Norman dari Universiti Princeton kini mempunyai pandangan baharu tentang proses tersebut.

Dalam penyelidikan yang diterbitkan dalam Prosiding Akademi Sains Kebangsaanmereka menunjukkan bahawa semasa otak kitaran melalui tidur gelombang perlahan dan pergerakan mata pantas (REM), yang berlaku kira-kira lima kali semalam, hippocampus mengajar neokorteks apa yang dipelajarinya, mengubah novel, maklumat sekejap menjadi ingatan yang kekal.

“Ini bukan sekadar model pembelajaran dalam litar tempatan di dalam otak. Ini adalah bagaimana satu kawasan otak boleh mengajar kawasan otak yang lain semasa tidur, masa ketika tiada bimbingan dari dunia luar, “kata Schapiro, penolong profesor di Jabatan Psikologi Penn. “Ia juga merupakan cadangan bagaimana kita belajar dengan anggun dari semasa ke semasa apabila persekitaran kita berubah.”

Secara amnya, Schapiro mengkaji pembelajaran dan ingatan pada manusia, khususnya cara orang memperoleh dan menyatukan maklumat baharu. Dia sudah lama berfikir bahawa tidur memainkan peranan di sini, sesuatu yang dia dan pasukannya telah menguji di makmal, merekodkan apa yang berlaku dalam otak semasa peserta tidur.

Pasukannya juga membina model rangkaian saraf untuk mensimulasikan pembelajaran dan fungsi ingatan. Untuk kerja ini secara khusus, Schapiro dan rakan sekerja membina model rangkaian saraf yang terdiri daripada hippocampus, pusat otak untuk kenangan baharu, yang ditugaskan untuk mempelajari maklumat episodik harian dunia dan neokorteks, yang bertanggungjawab untuk aspek seperti bahasa, lebih tinggi. -peringkat kognisi, dan storan memori yang lebih kekal.

Semasa tidur simulasi, penyelidik boleh menonton dan merekodkan neuron simulasi yang menyala apabila berada di kedua-dua kawasan ini, kemudian menganalisis corak aktiviti tersebut.

Pasukan itu menjalankan beberapa simulasi tidur menggunakan algoritma pembelajaran yang diilhamkan oleh otak yang mereka bina. Simulasi mendedahkan bahawa semasa tidur gelombang perlahan, otak kebanyakannya melawat semula baru-baru ini insiden dan data, dipandu oleh hippocampus, dan semasa tidur REM, kebanyakannya menyiarkan semula apa yang berlaku sebelum inidipandu oleh penyimpanan memori di kawasan neokortikal.

Semasa tidur simulasi, para penyelidik boleh menonton dan merekodkan neuron simulasi yang menyala apabila berada di kedua-dua kawasan ini, kemudian menganalisis corak aktiviti tersebut. Imej berada dalam domain awam

“Apabila kedua-dua kawasan otak bersambung semasa tidur bukan REM, ketika itulah hippocampus sebenarnya mengajar neokorteks,” kata Singh, pelajar kedoktoran tahun kedua di makmal Schapiro. “Kemudian, semasa fasa REM, neokorteks diaktifkan semula dan boleh memainkan semula apa yang sudah diketahuinya,” mengukuhkan pegangan data dalam ingatan jangka panjang.

Pergantian antara dua peringkat tidur juga penting, katanya. “Apabila neokorteks tidak mempunyai peluang untuk memainkan semula maklumatnya sendiri, kami melihat bahawa maklumat di sana akan ditimpa. Kami fikir anda perlu mempunyai tidur REM dan bukan REM berselang-seli untuk pembentukan ingatan yang kuat berlaku.”

Penemuan ini konsisten dengan apa yang diketahui di lapangan, walaupun aspek model masih bersifat teori.

“Kami masih perlu menguji ini,” kata Schapiro. “Salah satu langkah kami seterusnya ialah menjalankan eksperimen untuk memahami sama ada tidur REM benar-benar membawa kenangan lama dan apakah implikasi yang mungkin ada untuk menyepadukan maklumat baharu ke dalam pengetahuan sedia ada anda.”

Oleh kerana simulasi semasa didasarkan pada orang dewasa biasa yang mendapat tidur malam yang sihat, mereka tidak semestinya dipindahkan kepada jenis orang dewasa lain atau tabiat tidur yang kurang cemerlang.

Mereka juga tidak menawarkan cerapan tentang perkara yang berlaku dengan kanak-kanak, yang memerlukan jumlah dan jenis tutup mata yang berbeza daripada orang dewasa. Schapiro berkata dia melihat potensi besar untuk modelnya menjawab beberapa soalan yang luar biasa ini.

“Mempunyai alat seperti ini membolehkan anda pergi ke banyak arah, terutamanya kerana seni bina tidur berubah sepanjang jangka hayat dan dalam pelbagai gangguan, dan kami boleh mensimulasikan perubahan ini dalam model,” katanya.

Dalam jangka masa panjang, pemahaman yang lebih baik tentang peranan peringkat tidur dalam ingatan boleh membantu memaklumkan rawatan untuk gangguan psikiatri dan neurologi yang mana defisit tidur adalah gejala. Singh berkata mungkin terdapat juga implikasi untuk pembelajaran mendalam dan kecerdasan buatan.

“Algoritma yang diilhamkan secara biologi kami boleh memberikan arah baharu untuk pemprosesan memori luar talian yang lebih berkuasa dalam sistem AI,” katanya.

Kerja pembuktian konsep yang menghubungkan tidur dan pembentukan ingatan ini menggerakkan bidang selangkah lebih dekat kepada matlamat ini.

Pembiayaan: Pembiayaan untuk penyelidikan ini datang daripada Institut Kesihatan Negara (Grant R01 MH069456) dan Yayasan Charles E. Kaufman (Grant KA2020-114800).

Lihat juga

Ini menunjukkan neuron

Mengenai berita penyelidikan tidur dan ingatan ini

Pengarang: Michele Berger
Sumber: Universiti Pennsylvania
Hubungi: Michele Berger – Universiti Pennsylvania
Imej: Imej itu berada dalam domain awam

Penyelidikan Asal: Akses tertutup.
Model interaksi autonomi antara hippocampus dan neocortex memacu penyatuan memori yang bergantung kepada tidur” oleh Anna Schapiro et al. PNAS


Abstrak

Model interaksi autonomi antara hippocampus dan neocortex memacu penyatuan memori yang bergantung kepada tidur

Bagaimanakah kita membina pengetahuan kita tentang dunia dari semasa ke semasa?

Banyak teori pembentukan ingatan dan penyatuan telah menyatakan bahawa hippocampus menyimpan maklumat baru, kemudian “mengajar” maklumat ini kepada neokorteks dari masa ke masa, terutamanya semasa tidur. Tetapi tidak jelas, secara mekanis, bagaimana ini sebenarnya berfungsi—Bagaimana sistem ini dapat berinteraksi dalam tempoh yang hampir tiada input persekitaran untuk mencapai pembelajaran yang berguna dan peralihan dalam perwakilan?

Kami menyediakan rangka kerja untuk memikirkan soalan ini, dengan simulasi model rangkaian saraf berfungsi sebagai demonstrasi.

Model ini terdiri daripada kawasan hippocampus dan neokortikal, yang memainkan semula kenangan dan berinteraksi antara satu sama lain sepenuhnya secara autonomi semasa tidur simulasi. Ayunan dimanfaatkan untuk menyokong pembelajaran yang dipacu ralat yang membawa kepada perubahan berguna dalam perwakilan dan tingkah laku ingatan.

Model ini mempunyai peringkat tidur pergerakan mata tidak pantas (NREM), di mana dinamik antara hippocampus dan neokorteks digandingkan rapat, dengan hippocampus membantu neokorteks untuk mengembalikan versi daya tarikan baharu yang berkeyakinan tinggi, dan peringkat tidur REM, di mana neokorteks berada. dapat menerokai tarikan yang sedia ada dengan lebih bebas.

Kami mendapati bahawa bergantian antara peringkat tidur NREM dan REM, yang secara bergilir-gilir memfokuskan mainan semula model pada maklumat terkini dan jauh, memudahkan pembelajaran berterusan yang anggun.

Oleh itu, kami menyediakan akaun bagaimana hippocampus dan neocortex boleh berinteraksi tanpa sebarang input luaran semasa tidur untuk memacu pembelajaran kortikal baharu yang berguna dan untuk melindungi pengetahuan lama apabila maklumat baharu disepadukan.

We wish to thank the author of this post for this amazing material

Semasa Tidur, Satu Wilayah Otak Mengajar Satu Lagi, Menukar Data Novel Menjadi Kenangan Berkekalan – Berita Neurosains


You can find our social media pages here and other pages on related topics here.https://paw6.info/related-pages/