От чего зависит быстрое мышление. Новое исследование ученых из медицинской школы NUS Yong Loo Lin о том,как мозг формирует нейронные связи.
Помните, как учителя в школе некоторых учеников называли медлительными? Это часто используемое описание человека, которому требуется немного больше времени для обработки информации, теперь имеет научную основу.
Ученые из медицинской школы NUS Yong Loo Lin под руководством д-ра Саджикумар Шридхарен провели исследование, которое было опубликовано в международном журнале Proceedings Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки (PNAS) 1 марта 2019 года. Они обнаружили, что скорость, с которой человек способен воспринимать, обрабатывать, понимать, хранить и использовать информацию, зависит от скорости и времени запуска нейронов в мозге. Чем меньше разрыв между запуском одного нейрона и другого, тем больше скорость, с которой информация принимается, хранится и обрабатывается. Другими словами, когда дело доходит до быстроты мышления, время имеет решающее значение.
Способность адаптироваться и приобретать опыт – одна из самых интригующих особенностей человеческого мозга. Этот захватывающий орган состоит из миллиардов нейронов, которые, в свою очередь, связаны со многими другими клетками. Физические связи между нейронами, называемые синапсами, – это «общение» нейронов друг с другом. Синапсы удивительно пластичны, эти соединения могут динамически усиливаться или ослабляться в ответ на поступающую информацию. Такие изменения в эффективности синапсов лежат в основе обучения и формирования памяти в мозге.
Команда NUS обнаружила, что нейроны в гиппокампе – отделе мозга, критическом для памяти и когнитивных процессов – используют удивительно широкий спектр механизмов обучения. Одна такая форма обучения, называемая «пластичность, зависящая от времени спайка» (STDP), зависит от времени каждой пары электрических пиков (электрическая активность, используемая для передачи информации внутри нейронов) в пресинаптическом нейроне и постсинаптическом нейроне. Электрический скачок в пресинаптическом нейроне стимулирует нейрон высвобождать нейротрансмиттеры, которые перемещаются через синапс, чтобы активировать постсинаптический нейрон, где информация преобразуется обратно в электрический скачок. Когда пре- и постсинаптические нейроны активны одновременно (с интервалом менее 30 миллисекунд), между ними устанавливается связь.
Кроме того, исследователи продемонстрировали, что, когда пре- и постсинаптические всплески происходят одновременно (или в пределах десятков миллисекунд друг от друга), имеет место увеличение силы синапса, которое сохраняется до 4 часов, и синапс может даже усилить слабую информацию, чтобы она сохранялась. Эффект был специфическим, работая только для усиления этого синапса, а не для усиления изменений в других синапсах. Это исследование показывает, насколько важны доли секунды в активности нейронов для формирования обработки информации в мозге.
Модель STDP была предложена для объяснения пространственной и временной последовательности. Кроме того, модель STDP оказывается полезной в различных ситуациях, когда идентификация объекта и принятие решения должны быть выполнены быстро – например, реакция на действие соперника в спортивной игре, или идентификация друга или врага. Например, когда мяч летит к нам, мы должны определить объект и его траекторию движения за очень короткое время, чтобы быстро принять меры, выполнив правильное движение в игре. Точно так же, когда мы сталкиваемся с другим человеком, мы должны быстро решить, другом или врагом он является. Это требует скоординированных действий различных областей мозга в пределах временного интервала активности, объяснённого STDP.
Также исследователи выяснили, что, к сожалению, способность мозга меняться в ответ на информационный поток, требующий быстрой реакции, отсутствует в мозге, пораженном болезнью Альцгеймера, так как гиппокамп при этой болезни сильно повреждён.
Полное понимание факторов, которые формируют нейронные связи, имеет решающее значение для нашего понимания обработки информации в мозге. Это также помогает нам понять, как формируются воспоминания. Кроме того, твердое понимание этих нейронных вычислительных правил может помочь в создании технологии искусственного интеллекта, например, глубоких нейронных сетей.
Говоря о пользе данного исследования, д-р Саджикумар отметил: «В случае расстройства аутистического спектра некоторые нейронные системы более активны, чем другие. Это может быть причиной того, что некоторые аутичные люди хороши в определенных задачах, таких как искусство или математика, но испытывают трудности в социализации. Использование искусственного интеллекта предоставит возможность идентифицировать нейронные сети, которые более или менее активны, и поможет нормализовать их функционирование, используя правила STDP »
Основываясь на этом улучшенном понимании того, как нормальный мозг вычисляет информацию и учится, исследователи могут определить механизмы дальнейшего изучения и помощи, например, в таких состояниях, как шизофрения, депрессия, потеря сна, инсульт, хроническая боль, неспособность к обучению и болезнь Альцгеймера. Кроме того результаты данного исследования будут полезны при разработки новых методик направленных на развитие мышления.
Источник истории:
