Descarcă GRATIS aplicația La Psihiatru pentru Android!

Învățarea și amintirea mișcării. Cum procesează și stochează creierul nostru mișcarea

Învățarea și amintirea mișcării. Cum procesează și stochează creierul nostru mișcarea

Cum procesează și stochează creierul nostru mișcarea? Oamenii de știință au găsit răspunsul, cu implicații pentru mai multe boli, precum și pentru învățarea automată

Cercetătorii care examinează creierul la nivelul unui singur neuron au descoperit că calculul se produce nu doar în interacțiunea dintre neuroni, ci și în interiorul fiecărui neuron în parte. Se pare că fiecare dintre aceste celule nu este un simplu comutator, ci o mașină de calcul complicată. Această descoperire promite schimbări nu numai în ceea ce privește înțelegerea modului în care funcționează creierul, ci și o mai bună înțelegere a unor afecțiuni care variază de la boala Parkinson la autism. De asemenea, se așteaptă ca descoperirile să facă progrese în învățarea mașinilor, oferind inspirație pentru noi arhitecturi.

Cum își amintește creierul nostru această gamă largă de mișcări?

Din momentul în care ne naștem, și chiar înainte de asta, interacționăm cu lumea prin mișcare. Ne mișcăm buzele pentru a zâmbi sau pentru a vorbi. Întindem mâna pentru a atinge. Ne mișcăm ochii pentru a vedea. Ne mișcăm, mergem, gesticulăm, dansăm. Cum își amintește creierul nostru această gamă largă de mișcări? Cum învață altele noi? Cum face calculele necesare pentru ca noi să apucăm un pahar cu apă, fără să-l scăpăm, să-l strivim sau să-l ratăm?

Examinarea neuronilor

Profesorul Jackie Schiller de la Technion, de la Facultatea de Medicină Ruth și Bruce Rappaport, și echipa sa au examinat creierul la nivelul unui singur neuron pentru a face lumină asupra acestui mister. Ei au descoperit că calculul nu are loc doar în interacțiunea dintre neuroni (celule nervoase ), ci și în interiorul fiecărui neuron în parte. Se pare că fiecare dintre aceste celule nu este un simplu comutator, ci o mașină de calcul complicată. Această descoperire, publicată recent în revista Science, promite schimbări nu numai în ceea ce privește înțelegerea modului în care funcționează creierul, ci și o mai bună înțelegere a unor afecțiuni care variază de la boala Parkinson la autism. Se așteaptă ca aceleași descoperiri să avanseze învățarea mașinilor, oferind inspirație pentru noi arhitecturi.

Mișcarea este controlată de cortexul motor primar al creierului. În această zonă, cercetătorii sunt capabili să identifice cu exactitate ce neuroni se declanșează la un moment dat pentru a produce mișcarea pe care o vedem. Echipa profesorului Schiller a fost prima care s-a apropiat și mai mult, examinând activitatea nu a întregului neuron ca o singură unitate, ci a părților sale.

Fiecare neuron are prelungiri ramificate numite dendrite. Aceste dendrite sunt în contact strâns cu terminalele (numite axoni) ale altor celule nervoase, permițând comunicarea dintre ele. Un semnal călătorește de la dendrite la corpul celulei, iar apoi este transferat mai departe prin axon. Numărul și structura dendritelor variază foarte mult de la o celulă nervoasă la alta, la fel cum coroana unui copac diferă de cea a altuia.

Ce au descoperit cercetătorii

Neuronii asupra cărora s-a concentrat echipa profesorului Schiller au fost cei mai mari neuroni piramidali din cortex. Aceste celule, despre care se știe că sunt puternic implicate în mișcare, au un arbore dendritic mare, cu multe ramificații, subramificații și sub-subramificații. Ceea ce a descoperit echipa este că aceste ramuri nu doar transmit informații mai departe. Fiecare sub-subramură efectuează un calcul pe baza informațiilor pe care le primește și transmite rezultatul către subramura mai mare. Subfiliala efectuează apoi un calcul asupra informațiilor primite de la toate filialele sale și le transmite mai departe. Mai mult, mai multe ramificații dendritice pot interacționa între ele pentru a amplifica produsul lor de calcul combinat. Rezultatul este un calcul complex efectuat în cadrul fiecărui neuron în parte. Pentru prima dată, echipa profesorului Schiller a demonstrat că neuronul este compartimentat și că ramurile sale efectuează calcule în mod independent.

„Obișnuiam să ne gândim la fiecare neuron ca la un fel de fluier, care fie sună, fie nu sună. În schimb, ne uităm la un pian. Tastele sale pot fi lovite simultan, sau în succesiune, producând o infinitate de melodii diferite. Această simfonie complexă care cântă în creierul nostru este cea care ne permite să învățăm și să executăm o infinitate de mișcări diferite, complexe și precise”, a explicat profesorul Schiller.

Înțelegerea nouă a modului în care funcționează neuronii deschide noi căi de cercetare

Este posibil ca multiplele tulburări neurodegenerative și de neurodezvoltare să fie legate de alterări ale capacității neuronilor de a procesa date. În cazul bolii Parkinson, s-a observat că arborele dendritic suferă modificări anatomice și fiziologice. Având în vedere noile descoperiri ale echipei Technion, înțelegem că, în urma acestor modificări, capacitatea neuronului de a efectua calcule paralele este redusă. În cazul autismului, se pare că este posibil ca excitabilitatea ramurilor dendritice să fie alterată, ceea ce duce la numeroasele efecte asociate cu această afecțiune. Înțelegerea nouă a modului în care funcționează neuronii deschide noi căi de cercetare în ceea ce privește aceste și alte tulburări, cu speranța ameliorării lor.

Un studiu complex

Aceleași descoperiri pot servi, de asemenea, drept sursă de inspirație pentru comunitatea de învățare automată. Rețelele neuronale profunde, după cum sugerează și numele lor, încearcă să creeze un software care învață și funcționează oarecum asemănător cu un creier uman. Deși progresele lor fac în mod constant obiectul știrilor, aceste rețele sunt primitive în comparație cu un creier viu. O mai bună înțelegere a modului în care funcționează de fapt creierul nostru poate ajuta la proiectarea unor rețele neuronale mai complexe, permițându-le să îndeplinească sarcini mai complexe.

Acest studiu a fost condus de doi dintre studenții candidați la doctorat ai profesorului Schiller, Yara Otor și Shay Achvat, care au contribuit în mod egal la cercetare. Din echipă au mai făcut parte Nate Cermak (acum neuroinginer), cercetător postdoctoral, și Hadas Benisty, studentă la doctorat, precum și trei colaboratori: Profesorii Omri Barak, Yitzhak Schiller și Alon Poleg-Polsky.

Titus Motreanu

Titus Motreanu

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile obligatorii sunt marcate cu *

%d blogeri au apreciat: