Os pesquisadores revelam como o cérebro humano organiza suas memórias visuais através de um tempo nervoso preciso

Pesquisadores da Universidade do Sul da Califórnia alcançaram um sucesso significativo em entender como o cérebro humano faz, armazena e se lembra de memórias visuais. Um novo estudo, Publicado Em Ciência AvançadaO paciente humano usa um poderoso modelo de aprendizado de máquina para eliminar a gravação cerebral e novas luzes no código interno do cérebro, que classificam memórias de objetos nas categorias – ele acha que é imaginação do gabinete de arquivamento do cérebro.

Os resultados demonstraram que a equipe de pesquisa pode ler essencialmente o cérebro dos sujeitos, lembrando a categoria de imagem visual, apenas a partir do tempo exato do assunto. Atividade nervosaAssim,

O trabalho resolve um debate neurológico fundamental e fornece uma capacidade interessante para futuras interfaces de computador cerebral, incluindo prótese de memória para restaurar a memória perdida em pacientes com distúrbios neurológicos, como demência.

Foi liderado por Dong Song, professor associado do Departamento de Cirurgia Neurológica e Alfred E. de engenharia biomédica. O Departamento Honorável, e Charles Liu, foram feitos pelo diretor do Centro de Neurorestória da USC na KK School of Medicine na KK School of Medicine em Charles Liu, na USC Viterbi School of Engineering. Primeiro autor, Xiwei She, um ex -doutorado. Há um aluno do Song Lab e atualmente pesquisador pós -Dorel na Universidade de Stanford.

O hipocampo é uma importante região cerebral, conhecida por seu papel na criação de novas memórias episódicas-“O que, onde e quando” dos eventos atrasados. Enquanto o espacial (“onde”) e temporário (quando “) sua função na codificação é considerado relativamente, como ela consegue codificar o mundo vasto e de alta dimensão dos objetos (” o que “) permanece um mistério. Isso não é possível armazenar cada objeto separadamente para o hipocampo. Em vez disso, os cientistas têm a invenção que os objetos do cérebro podem simplificar, simplificarem esse complexidade, por meio do hipocampo.

Song, que é o diretor do Laboratório de Modelagem e Interface da USC, é um trabalho líder no campo da prótese de memória, que constrói dispositivos que restauram a duplicação e a função cognitiva, que são acompanhados por possíveis aplicações clínicas para pacientes com demência e doenças de Alzheimer.

“Temos testado muito nossa prótese de memória Paciente humanoCriamos prótese e publicamos várias cartas que mostraram que isso pode aumentar a função de memória “, disse Song”. Mas eu também queria aproveitar a oportunidade para responder a algumas questões neurológicas fundamentais. E este é um deles. “

O último trabalho da música, Liu e sua equipe gravaram gravação cerebral de 24 pacientes com epilepsia, que foram transplantados para localização de convulsões em seu cérebro com eletrodos de profundidade intracraniana. A gravação desses pacientes permite que a equipe indique como Neurônios do hipocampo Codifica informações visuais complexas, não apenas na taxa de disparo, mas no momento exato de sua atividade.

“Foi excepcionalmente emocionante trabalhar com pacientes humanos que sofrem de disfunção da memória”, disse Liu.

A equipe de pesquisa desenvolveu uma abordagem inovadora de modelagem experimental para destacar esse processo complexo. A equipe registrou atividade elétrica dos neurônios do hipocampo CA3 e CA1, especialmente “picos” em pacientes com epilepsia. A gravação foi montada, enquanto os pacientes demonstraram uma técnica neurológica popular para testar a memória de curto prazo “Matched Match-to-Somem de amostra” (DMS).

“Vemos as cinco categorias de imagens para os pacientes:” Animais, “Plant”, “Construção,” Veículos “e” Pequenos Equipamentos “. Depois, gravamos o sinal do hipocampo “, disse a música.” Então, com base no sinal, nos fizemos uma pergunta usando nossa tecnologia de aprendizado de máquina. Podemos dizer qual categoria de imagem eles estão lembrando a imagem do cérebro puramente com base no sinal de seu cérebro? “

Os resultados confirmaram a hipótese de que o cérebro humano realmente se lembra de objetos visuais, classificando -os em categorias e que essas categorias de memória visual que estavam pensando que seu cérebro eram decodificáveis com base em seus sinais cerebrais.

“É como ler seu hipocampo que tipo de memória você está tentando fazer”, disse Song. “Descobrimos que podemos realmente fazer isso. Podemos decodificar com muita precisão o que o paciente estava tentando lembrar da categoria de imagem”.

A pesquisa original da Discovery está no modelo de decodificação de memória explicativa da equipe. Ao contrário dos métodos anteriores, que geralmente dependem da média da atividade neuronal em vários testes ou usam propostas cósmicas pré-selecionadas, ele analisa o “padrão espato-temporal” dos picos de um vestido inteiro de modelos avançados.

O estudo também fornece evidências de que a visualização do hipocampo usa um código temporário para representar as categorias de memória visual. Isso significa que o tempo exato dos picos de neurônios individuais geralmente carrega informações significativas na escala de milissegundos. Embora estudos anteriores sejam frequentemente focados em neurônios individuais, esta pesquisa mostrou que o neurônio do hipocampo Ensambals codificou categorias de memória de maneira distribuída.

Isso significa que, embora uma grande proporção de neurônios (70%-80%) esteve envolvida na atribuição de uma memória visual em uma categoria, dentro de cada neurônio individual, apenas momentos breves e específicos contribuíram para essa codificação. Essa estratégia eficiente permite ao cérebro armazenar diversas memórias, reduzindo o consumo de energia.

“Com esse conhecimento, podemos começar a desenvolver equipamentos clínicos para restaurar a perda de memória e melhorar a vida, incluindo prótese de memória e outras estratégias neurorescentes”, disse Liu. “Embora esse resultado possa ser importante para todos os pacientes que sofrem distúrbios da memória, é uma relevância especialmente intensiva para pacientes com epilepsia que participaram do estudo, muitos dos quais sofrem de disfunção do hipocampo que aparecem em distúrbios cognitivos/de memória junto com as duas crises”.

As descobertas dessa equipe de pesquisa destacam os métodos complexos que organizam e armazenam o cérebro humano, aproximando -nos de decodificar a essência da memória humana e fornecer informações inestimáveis sobre o tratamento futuro para distúrbios neurológicos.