11346
Mozek "dekóduje vizuální vzpomínky" načasováním, nejen vypouštěním neuronů Amy Blumenthal
[ Ezoterika ] 2025-11-20
Studie poskytuje důkazy, že hipokampus používá časový kód k reprezentaci kategorií vizuální paměti. Zdroj: Neuroscience News
Výzkumníci na USC dosáhli významného průlomu v pochopení, jak lidský mozek formuje, ukládá a vybavuje si vizuální vzpomínky. Nová studie (Distributed Temporal Coding of Visual Memory Categories in Human Hippocampal Neurons Revealed by an Interpretable Decoding Model), publikovaná v časopise Advanced Science, využívá záznamy mozku lidských pacientů a silný model strojového učení k novému osvětlení vnitřního kódu mozku, který třídí vzpomínky na objekty do kategorií - představte si to jako kartotéku mozku s obrazy. Výsledky ukázaly, že výzkumný tým dokázal v podstatě číst myšlenky subjektů tím, že přesně určil kategorii vizuálního obrazu, který si vybavuje, čistě na základě načasování nervové aktivity subjektu.
Práce řeší zásadní debatu v oblasti neurovědy a nabízí vzrušující potenciál pro budoucí rozhraní mozek-počítač, včetně paměťových protéz pro obnovení ztracené paměti u pacientů s neurologickými poruchami, jako je demence. Výzkum vedli Dong Song, docent na katedře neurochirurgie a na katedře biomedicínského inženýrství Alfreda E. Manna, a Charles Liu, ředitel USC Neurorestoration Center na Keck School of Medicine na USC a profesor biomedicínského inženýrství na USC Viterbi School of Engineering. První autorkou, Xiwei She, je bývalá doktorandka ze Song Lab a v současnosti postdoktorandka na Stanfordově univerzitě. Jak mozek uchovává vizuální informace? Hipokampus je klíčová oblast mozku, známá svou rolí při vytváření nových epizodických vzpomínek - co, kde a kdy minulých událostí. Ačkoliv je jeho funkce při kódování prostorových ("kde") a časových ("kdy") informací poměrně pochopena, jak dokáže zakódovat rozsáhlý a vysoce dimenzionální svět objektů ("co"), zůstává záhadou.
Není možné, aby hipokampus uchovával každý jednotlivý objekt zvlášť; Vědci místo toho předpokládali, že mozek by mohl tuto složitost zjednodušit tím, že předměty zakóduje do kategorií. Song, který je ředitelem USC Neural Modeling and Interface Laboratory, provádí průkopnickou práci v oblasti paměťových protéz, vytváří zařízení, která napodobují a obnovují kognitivní funkce, s potenciálním klinickým využitím pro pacienty s demencí a Alzheimerovou chorobou. "Naše paměťové protézy jsme testovali u mnoha lidských pacientů. Protézy jsme vytvořili a publikovali několik článků, které ukazují, že mohou zlepšit paměťové funkce," řekl Song. "Ale chtěl jsem také využít příležitosti a odpovědět na několik základních otázek z oblasti neurovědy. Tohle je jeden z nich."
Záznamy mozku od pacientů s epilepsií přinášejí poznatky Nejnovější práce Songa, Liua a jejich týmu využívá záznamy mozku u 24 pacientů s epilepsií s implantovanými nitrolebními elektrodami pro lokalizaci záchvatů. Nahrávky těchto pacientů umožnily týmu přesně určit, jak hippocampální neurony kódují složité vizuální informace, a to nejen podle frekvence výstřelu, ale podle přesného načasování jejich aktivity. "Při práci s lidskými pacienty trpícími poruchami paměti bylo mimořádně vzrušující vidět, jak současné studie odhalují model neuronálního základu tvorby paměti," řekl Liu.
Výzkumný tým vyvinul inovativní experimentální modelovací přístup, aby tento složitý proces rozluštil. Tým zaznamenal elektrickou aktivitu, konkrétně "spikes", z neuronů CA3 a CA1 v hipokampu u pacientů s epilepsií. Nahrávky byly shromažďovány, zatímco pacienti prováděli úkol "delayed match-to-sample" (DMS) - populární neurovědeckou techniku pro testování zrakové krátkodobé paměti. "Pacientům dovolujeme vidět pět kategorií obrazů: ´zvíře´, ´rostlina´, ´budova´, ´vozidlo´ a ´malé nástroje.´ Pak jsme nahráli hippocampální signál," řekl Song. "Pak jsme si na základě signálu položili otázku, přičemž jsme použili naši techniku strojového učení. Můžeme rozluštit, jakou kategorii obrazu si vybavují čistě podle jejich mozkového signálu?" Výsledky potvrdily hypotézu, že lidský mozek si skutečně vybavuje vizuální objekty tím, že je třídí do kategorií, a že tyto kategorie vizuální paměti, na které pacienti mysleli, jsou dekódovatelné na základě jejich mozkových signálů. "Je to jako číst si hipokampus, abys zjistil, jakou vzpomínku se snažíš vytvořit," řekl Song. "Zjistili jsme, že to opravdu dokážeme. Dokážeme docela přesně rozluštit, jakou kategorii obrazu se pacient snažil vzpomenout."
Efektivní strategie ukládání různorodých vzpomínek
Jádrem objevu je interpretovatelný model dekódování paměti výzkumného týmu. Na rozdíl od předchozích metod, které často spoléhají na průměrování neuronální aktivity během mnoha pokusů nebo na použití předem vybraných časových rozlišení, tento pokročilý model analyzuje "prostorově-časové vzory" výkyvů z celého souboru neuronů. Studie také poskytuje důkazy, že hipokampus používá časový kód k reprezentaci kategorií vizuální paměti. To znamená, že přesné načasování jednotlivých neuronových výkyvů, často v milisekundovém měřítku, přináší smysluplné informace. Zatímco předchozí studie se často zaměřovaly na jednotlivé neurony, tento výzkum ukázal, že neuronové soubory hippocampů kódují paměťové kategorie distribuovaným způsobem. To znamená, že zatímco velká část neuronů (70-80 %) se podílela na přiřazení vizuální paměti do kategorie, v rámci každého jednotlivého neuronu k tomuto kódování přispěly pouze krátké, specifické okamžiky. Tato efektivní strategie umožňuje mozku ukládat rozmanité vzpomínky při minimalizaci spotřeby energie. "S těmito znalostmi můžeme začít vyvíjet klinické nástroje k obnovení ztráty paměti a zlepšení života, včetně paměťových protéz a dalších neurorestorativních strategií," řekl Liu. "Ačkoliv může být tento výsledek důležitý pro všechny pacienty trpící poruchami paměti, má zásadní význam zejména pro pacienty s epilepsií, kteří se studií účastnili, z nichž mnozí trpí dysfunkcí hipokampu, která se projevuje jak záchvaty, tak kognitivními a paměťovými poruchami."
O tomto výzkumu vizuální paměti Novinky "Distribuované časové kódování kategorií vizuální paměti u lidských hipokampálních neuronů odhaleno interpretovatelným dekódovacím modelem" od Dong Song a kol. Abstrakt: Hipokampus je klíčový pro tvorbu nových epizodických vzpomínek. Ačkoliv je jeho role při kódování prostorových a časových informací (kde a kdy) dobře pochopena, způsob, jakým kóduje objekty (co), zůstává nejasný kvůli vysoké dimenzionalitě objektového prostoru. Místo kódování každého objektu zvlášť může hippocampus kódovat kategorie objektů, aby snížil složitost. Zde je vyvinut experimentální modelovací přístup, který zkoumá, jak hippocampus kóduje kategorie vizuální paměti u lidí. Výkyvy jsou zaznamenány z neuronů CA3 a CA1 v hippocampálních neuronech u 24 pacientů s epilepsií, kteří prováděli zpožděný úkol shody se vzorkem zahrnující pět kategorií obrazů.
K dekódování paměťových kategorií z aktivity hippocampálního spikingu a identifikaci prostorově-časových charakteristik hippocampálního kódování se používá interpretovatelný model dekódování paměti. Pomocí tohoto modelu se odhadují optimální časová rozlišení pro dekódování každé kategorie vizuální paměti na neuron. Výsledky naznačují, že vizuální paměťové kategorie lze dekódovat z hippocampálních vzorů spike, což podporuje přítomnost kódování specifické pro kategorie. Neuronové soubory hippocampálních neuronů kódují paměťové kategorie distribuovaným způsobem, podobně jako populační kód, zatímco jednotlivé neurony používají časový kód. Navíc neurony CA3 a CA1 vykazují podobné a redundantní informace o paměťových kategoriích, pravděpodobně kvůli silným a difuzním dopředným synaptickým spojením z oblastí CA3 do CA1.
Zdroj:
https://www.bibliotecapleyades.net/ciencia4/brain209.htm
Zpět
