بینش جدید در مورد نحوه نگهداری اطلاعات حافظه فعال

کوزاچکوف که یکی از سرپرستان بود گفت: “بیشتر مردم فکر می‌کنند که حافظه فعال در نورون‌ها اتفاق می‌افتد. فعالیت عصبی مداوم باعث ایجاد افکار مداوم می‌شود. با این حال، این دیدگاه اخیراً مورد بررسی قرار گرفته است زیرا واقعاً با داده‌ها موافق نیست.” توسط نویسنده ارشد، ژان ژاک اسلوتین، استاد BCS و مهندسی مکانیک. با استفاده از شبکه‌های عصبی مصنوعی با انعطاف‌پذیری سیناپسی کوتاه‌مدت، نشان می‌دهیم که فعالیت سیناپسی (به‌جای فعالیت عصبی) می‌تواند بستری برای حافظه فعال باشد. نکته مهم از مقاله ما این است: این مدل‌های شبکه‌های عصبی پلاستیکی بیشتر مغزی هستند. مانند، از نظر کمی، و همچنین دارای مزایای عملکردی اضافی از نظر استحکام است.”

تطبیق مدل ها با طبیعت

لئو کوزاچکوف، نویسنده همکار، که دکترای خود را در ماه نوامبر در MIT برای کار مدل‌سازی نظری از جمله این مطالعه دریافت کرد، گفت که تطبیق مدل‌های کامپیوتری با داده‌های دنیای واقعی بسیار مهم است.

هدف کوزاچکوف در کنار یکی از نویسندگان، جان تاوبر، دانشجوی کارشناسی ارشد MIT، نه تنها تعیین نحوه نگهداری اطلاعات حافظه کاری در ذهن، بلکه روشن ساختن روشی بود که طبیعت واقعاً این کار را انجام می دهد. این به معنای شروع با اندازه‌گیری «حقیقت زمینی» از فعالیت الکتریکی صدها نورون در قشر جلوی مغز حیوان در حین انجام یک بازی حافظه فعال بود. در هر یک از دورهای متعدد تصویری به حیوان نشان داده شد که سپس ناپدید شد. یک ثانیه بعد دو تصویر از جمله اصلی را می‌دید و برای کسب پاداش کمی مجبور بود به تصویر اصلی نگاه کند. لحظه کلیدی آن ثانیه میانی است که «دوره تاخیر» نامیده می‌شود، که در آن تصویر باید قبل از آزمایش در ذهن نگه داشته شود.

بین زمانی که رمز وای فای را از صفحه منوی کافه می‌خوانید تا زمانی که می‌توانید به لپ‌تاپ خود بازگردید و آن را وارد کنید، باید آن را در نظر داشته باشید. اگر تا به حال به این فکر کرده اید که مغز شما چگونه این کار را انجام می دهد، سؤالی در مورد حافظه فعال می پرسید که محققان دهه ها تلاش کرده اند توضیح دهند. اکنون دانشمندان علوم اعصاب MIT یک بینش کلیدی جدید برای توضیح نحوه عملکرد آن منتشر کرده اند.

در لایه دیگری از تجزیه و تحلیل، تیم یک رمزگشا برای خواندن اطلاعات از وزن سیناپسی ایجاد کرد. آنها دریافتند که در طول دوره تاخیر، سیناپس‌ها اطلاعات حافظه کاری را نشان می‌دهند که spiking نشان نمی‌دهد.

در حالی که هر دو مدل اجازه می‌دادند اطلاعات را در ذهن داشته باشند، فقط نسخه‌هایی که به سیناپس‌ها اجازه می‌دادند به طور موقت اتصالات را تغییر دهند (“پلاستی سیناپسی کوتاه‌مدت”) الگوهای فعالیت عصبی را تولید کردند که از آنچه در مغز واقعی در کار مشاهده می‌شد تقلید می‌کردند. ارل کی میلر، نویسنده ارشد این مقاله اذعان داشت که این ایده که سلول‌های مغز با همیشه روشن بودن، خاطرات را حفظ می‌کنند، ممکن است ساده‌تر باشد، اما نشان‌دهنده کاری نیست که طبیعت انجام می‌دهد و نمی‌تواند انعطاف‌پذیری پیچیده فکری را که می‌تواند از متناوب ناشی می‌شود ایجاد کند. فعالیت عصبی با انعطاف پذیری سیناپسی کوتاه مدت پشتیبانی می شود.

نتیجه این است که شبکه‌های محاسباتی که به شکل‌پذیری سیناپسی کوتاه‌مدت برای رمزگذاری اطلاعات اجازه می‌دهند، زمانی که مغز واقعی اوج می‌گیرد، افزایش می‌یابد و در زمانی که این کار را نمی‌کند، این کار را انجام نمی‌دهد. شبکه‌هایی که دارای اسپک ثابت به‌عنوان روشی برای حفظ حافظه هستند، همیشه از جمله زمانی که مغز طبیعی این کار را نمی‌کند، افزایش می‌یابد. و نتایج رسیور نشان داد که دقت در طول دوره تاخیر در مدل‌های پلاستیسیته سیناپسی کاهش یافته است، اما در مدل‌های spiking مداوم به طور غیر طبیعی بالا باقی مانده است.

کوزاچکو، ال. و همکاران (2022) حافظه کاری قوی و مغز مانند از طریق انعطاف پذیری سیناپسی کوتاه مدت. زیست شناسی محاسباتی PLOS. doi.org/10.1371/journal.pcbi.1010776.