Yenilikler

Pensilvanya Üniversitesi’nden sinirbilimci Anna Schapiro ve meslektaşları, bir sinir ağı modeli kullanarak, vücut REM ve yavaş dalga uyku döngüleri arasında hareket ederken, hipokampus ve neokorteksin hafıza oluşumunun anahtarı olan şekillerde etkileşime girdiğini buldular.

Uyku evreleri anıların oluşmasında nasıl bir rol oynar? Pennsylvania Üniversitesi’nden sinirbilimci Anna Schapiro, “Uyku sırasında faydalı öğrenmenin gerçekleştiğini uzun zamandır biliyorduk” diyor. “Uyanıkken yeni deneyimleri kodlarsınız, uyursunuz ve uyandığınızda hafızanız bir şekilde dönüştürülmüştür.”

Yine de uyku sırasında yeni deneyimlerin tam olarak nasıl işlendiği çoğunlukla bir sır olarak kaldı. Oluşturdukları bir sinir ağı hesaplama modelini kullanarak, Schapiro, Penn Ph.D. öğrenci Dhairyya Singh ve Princeton Üniversitesi’nden Kenneth Norman artık sürece dair yeni bir anlayışa sahip.

Dergide yayınlanan araştırmada Ulusal Bilimler Akademisi Bildiriler Kitabıbeyin, bir gece yaklaşık beş kez gerçekleşen yavaş dalga ve hızlı göz hareketi (REM) uykusunda döngü yaparken, hipokampusun neokortekse öğrendiklerini öğrettiğini, yeni, kısacık bilgileri kalıcı belleğe dönüştürdüğünü gösteriyorlar.

Penn’s’te yardımcı doçent olan Schapiro, “Bu sadece beyindeki yerel devrelerde bir öğrenme modeli değil. Bu, uyku sırasında bir beyin bölgesinin başka bir beyin bölgesini, dış dünyadan rehberlik olmadığı bir zamanda nasıl öğretebileceğidir” diyor. Psikoloji Bölümü. “Ayrıca, çevremiz değiştikçe zaman içinde nasıl incelikle öğreneceğimize dair bir öneri.”

Genel olarak, Schapiro insanlarda öğrenme ve hafızayı, özellikle de insanların yeni bilgileri nasıl edindiğini ve pekiştirdiğini inceler. Uzun zamandır burada uykunun bir rol oynadığını düşünüyordu, kendisi ve ekibi bir laboratuvarda test ediyor ve katılımcılar uyurken beyinde neler olduğunu kaydediyor.

Ekibi ayrıca öğrenme ve hafıza işlevlerini simüle etmek için sinir ağı modelleri de oluşturuyor. Özellikle bu çalışma için, Schapiro ve meslektaşları, dünyanın günlük, epizodik bilgilerini ve dil gibi yönlerden sorumlu neokorteks ile görevlendirilen, beynin yeni anıların merkezi olan hipokampustan oluşan bir sinir ağı modeli oluşturdular. -seviye biliş ve daha kalıcı bellek depolama. Simüle edilmiş uyku sırasında, araştırmacılar bu iki alanda hangi simüle nöronların ateşlendiğini izleyebilir ve kaydedebilir, ardından bu aktivite modellerini analiz edebilir.

Ekip, oluşturdukları beyinden ilham alan bir öğrenme algoritmasını kullanarak birkaç uyku simülasyonu çalıştırdı. Simülasyonlar, yavaş dalga uykusu sırasında beynin çoğunlukla tekrar ziyaret ettiğini ortaya çıkardı. son hipokampus tarafından yönlendirilen olaylar ve veriler ve REM uykusu sırasında çoğunlukla olanları tekrarlar Öncedenneokortikal bölgelerdeki bellek depolaması tarafından yönlendirilir.

Schapiro’nun laboratuvarında ikinci sınıf doktora öğrencisi olan Singh, “İki beyin bölgesi REM olmayan uyku sırasında bağlandığında, hipokampus aslında neokorteksi öğretiyor” diyor. “Ardından, REM aşamasında, neokorteks yeniden etkinleşir ve zaten bildiğini tekrar edebilir,” verilerin uzun süreli bellekte tutulmasını sağlamlaştırır.

İki uyku aşaması arasındaki değişimin de önemli olduğunu söylüyor. “Neokorteks kendi bilgisini tekrar etme şansına sahip olmadığında, oradaki bilgilerin üzerine yazıldığını görüyoruz. Güçlü hafıza oluşumunun gerçekleşmesi için alternatif REM ve REM olmayan uykuya sahip olmanız gerektiğini düşünüyoruz.”

Modelin bazı yönleri hala teorik olsa da, bulgular sahada bilinenlerle tutarlıdır. Schapiro, “Bunu hala test etmemiz gerekiyor” diyor. “Bir sonraki adımlarımızdan biri, REM uykusunun gerçekten eski anıları uyandırıp uyandırmadığını ve yeni bilgileri mevcut bilginize entegre etmek için ne gibi etkileri olabileceğini anlamak için deneyler yapmak olacak.”

Mevcut simülasyonlar, sağlıklı bir gece uykusu çeken tipik bir yetişkine dayandığından, mutlaka diğer yetişkin türlerine veya yıldızdan daha az uyku alışkanlıklarına geçmeleri gerekmez. Ayrıca, yetişkinlerden farklı miktarlarda ve türde uykuya ihtiyaç duyan çocuklarda neler olduğuna dair bir fikir de sunmuyorlar. Schapiro, modelinin bu olağanüstü sorulardan bazılarını yanıtlama konusunda büyük bir potansiyel gördüğünü söylüyor. “Böyle bir araca sahip olmak, özellikle uyku mimarisi yaşam boyunca ve çeşitli bozukluklarda değiştiği için birçok yöne gitmenize izin veriyor ve bu değişiklikleri modelde simüle edebiliyoruz” diyor.

Uzun vadede, uyku evrelerinin bellekteki rolünün daha iyi anlaşılması, uyku bozukluklarının bir semptom olduğu psikiyatrik ve nörolojik bozukluklara yönelik tedavilerin bilgilendirilmesine yardımcı olabilir. Singh, derin öğrenme ve yapay zeka için de etkileri olabileceğini söylüyor. “Biyolojik olarak ilham alan algoritmamız, AI sistemlerinde daha güçlü çevrimdışı bellek işleme için yeni yönler sağlayabilir” diyor. Uyku ve hafıza oluşumunu birbirine bağlayan bu kavram kanıtı çalışması, alanı bu hedeflere bir adım daha yaklaştırıyor.

Bu araştırma için fon, Ulusal Sağlık Enstitülerinden (Grant R01 MH069456) ve Charles E. Kaufman Vakfı’ndan (Grant KA2020-114800) geldi.

Kaynak ve İleri Okuma: https://www.sciencedaily.com/releases/2022/10/221024153602.htm

İlgili Makaleler

Başa dön tuşu