مارپیچ های تازه کشف شده فعالیت مغز ممکن است به توضیح شناخت کمک کند

مارپیچ های تازه کشف شده فعالیت مغز ممکن است به توضیح شناخت کمک کند

تمبر زمانی: 15 سپتامبر 2023، 10:00 صبح

اخیراً روی لبه یک صخره نشستم شکاف Asuable، به آب سفید بیش از 100 فوت زیر آن خیره شده است. آب از میان صخره‌های ماسه‌سنگ هجوم می‌آورد، قبل از اینکه به یک شکاف طبیعی برخورد کند و دوباره به خودش بچرخد و چرخش‌های هیپنوتیزمی متعددی را تشکیل دهد. در طی هزاران سال، این آب‌ها دیوارهای سنگی باشکوهی را که این شکاف را پوشانده‌اند، تراشیده‌اند و از یک اکوسیستم پر جنب و جوش حمایت می‌کنند.

مغز ممکن است همین کار را برای شناخت انجام دهد.

می دانیم که نواحی مختلف مغز دائماً الگوهای فعالیت خود را هماهنگ می کنند و در نتیجه امواجی در سراسر مغز موج می زند. انواع مختلف امواج با حالات ذهنی و شناختی متفاوت مطابقت دارند.

این یک ایده برای چگونگی سازماندهی مغز برای حمایت از افکار، احساسات و عواطف ما است. اما اگر دینامیک پردازش اطلاعات مغز مانند امواج باشد، وقتی تلاطم وجود دارد چه اتفاقی می‌افتد؟

در واقع، مغز معادل «طوفان‌های عصبی» را تجربه می‌کند. آنها با یکدیگر برخورد می کنند، و زمانی که این کار را انجام می دهند، محاسبات حاصل با شناخت ارتباط دارد.

این یافته ها از یک مطالعه منحصر به فرد in رفتار انسان طبیعت که علم اعصاب و دینامیک سیال را پل می کند تا کار درونی ذهن انسان را باز کند.

مارپیچ های تازه کشف شده از فعالیت مغز ممکن است به توضیح هوش داده پلاتو بلاک چین کمک کند. جستجوی عمودی Ai.
مارپیچ های متقابل متعدد، جریان فعالیت مغز را سازماندهی می کنند. اعتبار تصویر: گونگ و همکاران

این تیم 100 اسکن مغزی جمع‌آوری شده از آن را تجزیه و تحلیل کردند پروژه مشترک انسانی با استفاده از روش هایی که معمولاً برای مشاهده الگوهای جریان آب در فیزیک استفاده می شود. ازدواج نامتعارف مزارع نتیجه داد: آنها در هنگام استراحت و در حین انجام وظایف ذهنی چالش برانگیز، یک الگوی مرموز و مارپیچی فعالیت موجی را در مغز پیدا کردند.

مارپیچ های مغز اغلب از مناطق انتخابی رشد می کنند که شبکه های عصبی محلی مجاور را پل می کنند. در نهایت، آنها در سراسر قشر - چروکیده ترین و بیرونی ترین ناحیه مغز منتشر می شوند.

قشر مغز که اغلب به عنوان "محل هوش" نامیده می شود، یک کار چند وظیفه ای است. مناطق اختصاصی حواس ما را پردازش می کنند. دیگران تجربیات جدید را با خاطرات و احساسات در هم می آمیزند و به نوبه خود تصمیماتی را شکل می دهند که به ما کمک می کند تا خود را با دنیای همیشه در حال تغییر سازگار کنیم.

برای اینکه قشر مغز به درستی کار کند، ارتباط بین هر منطقه کلیدی است. در یک سری آزمایش، به نظر می رسد مارپیچ های مغز پیام رسان هستند و شبکه های عصبی محلی را در سراسر قشر به یک پردازنده محاسباتی منسجم سازماندهی می کنند. آنها همچنین به یک کار شناختی خاص اختصاص داده شده اند. به عنوان مثال، زمانی که شخصی در حال گوش دادن به داستانی بود – در مقایسه با حل مسائل ریاضی – گرداب ها از نواحی مختلف مغز شروع شدند و الگوهای چرخشی خود را ایجاد کردند، نوعی اثر انگشت شناختی.

با تجزیه و تحلیل این اثر انگشت امواج مارپیچی، تیم دریافتند که می توانند مراحل مختلف پردازش شناختی را تنها با استفاده از تصاویر مغز طبقه بندی کنند.

یافتن تلاطم در مغز گام دیگری به سوی درک نحوه عملکرد رایانه بیولوژیکی ما است و می تواند الهام بخش ایجاد ماشین های مبتنی بر مغز در آینده باشد.

"با کشف رازهای فعالیت مغز و کشف مکانیسم های حاکم بر هماهنگی آن، ما به کشف پتانسیل کامل درک شناخت و عملکرد مغز نزدیک تر می شویم." گفت: نویسنده مطالعه دکتر پولین گونگ در دانشگاه سیدنی.

آیا تو همسایه من نیستی؟

یک معمای اساسی مغز این است که چگونه جرقه های الکتریکی در نورون ها به افکار، استدلال، خاطرات و حتی آگاهی تبدیل می شوند.

برای بازگشایی همه چیز، باید از هرم پردازش عصبی بالا برویم.

از پایین شروع می شود: نورون ها. اگر منصف باشیم، آنها فوق العاده پیچیده هستند مینی کامپیوترها به تنهایی. اونا هم واقعا فضول هستن آنها به طور مداوم با همسایگان خود با استفاده از انواع سیگنال های شیمیایی به نام انتقال دهنده های عصبی گفتگو می کنند. ممکن است در مورد برخی از آنها شنیده باشید: دوپامین، سروتونین و حتی هورمون ها.

در همین حال، نورون ها شایعات محلی را پردازش می کنند - که توسط پالس های الکتریکی حمل می شود - و رفتار خود را بر اساس آنچه می شنوند تغییر می دهند. برخی از روابط تقویت می شود. دیگران می شکنند. به این ترتیب، مغز شبکه‌های عصبی محلی را برای پشتیبانی از عملکردهایی مانند پردازش بصری تشکیل می‌دهد.

این تیم تحقیقاتی در مورد فعالیت مغز پیشرفت قابل توجهی در درک مدارهای عصبی محلی داشته است نوشت.

آنچه گم شده است تصویر بزرگتر است. تصور کنید که از محله محلی به کل جهان بزرگنمایی می کنید. به لطف رونق در فناوری عصبی، دانشمندان توانسته‌اند از مناطق وسیع‌تر مغز ضبط کنند. کاوش در تمام این داده های جدید، مطالات گذشته چندین شبکه محلی پیدا کرده اند که به رفتارهای مختلف کمک می کنند.

با این حال، بسیاری از این بینش‌ها در مورد سازماندهی مغز بر روی نورون‌هایی متمرکز شده‌اند که در یک الگوی خطی ارتباط برقرار می‌کنند – مانند داده‌ها در امتداد سیم‌های نوری زیر دریا. برای گسترش دید خود، ما همچنین باید به دنبال الگوهای سه بعدی پیچیده تر باشیم - به عنوان مثال، مارپیچ یا گرداب.

تقریباً دو سال پیش، این تیم در جستجوی تلاطم‌های فعالیت مغزی، از یک منبع بزرگ بهره بردند: داده‌های عملکردی MRI، که کل قشر پوست را پوشش می‌دهد. پروژه مشترک انسانی (HCP). این پروژه که در سال 2009 راه اندازی شد، ابزارهای متعددی را برای نقشه برداری از مغز انسان در مقیاس های بی سابقه ای توسعه داد و یک پایگاه داده عظیم برای محققان ایجاد کرد. این نقشه‌ها فقط ساختار مغز را پوشش نمی‌دهند، بسیاری نیز فعالیت مغز را به‌عنوان شرکت‌کنندگانی که درگیر وظایف شناختی مختلف هستند، ثبت کرده‌اند.

در اینجا، تیم تصاویر مغز را از آن انتخاب کردند بخشی از داده های HCP. این مجموعه داده اتصال و عملکرد مغز را در 1,200 جوان سالم 22 تا 35 ساله در حالی که در حال استراحت بودند یا با چندین کار ذهنی به چالش کشیده بودند، تصویربرداری کرد.

آنها بر روی تصاویر مغزی از 3 گروه 100 نفری تمرکز کردند. یک گروه از افرادی تشکیل شده بود که کاملاً در حال آرامش بودند. دیگری با یک تکلیف زبان و ریاضی به چالش کشیده شد. گروه نهایی حافظه کاری آنها را منعطف کرد - یعنی از آنها خواسته شد از صفحه طراحی ذهنی که ما برای هماهنگ کردن اطلاعات جدید استفاده می کنیم استفاده کنند و تصمیم بگیرند که اقدام بعدی ما چه باشد.

با ابزارهای ریاضی که عموماً برای رمزگشایی جریان‌های آشفته استفاده می‌شوند، این تیم داده‌های MRI را برای الگوهای مربوط به شناخت - در این مورد، ریاضی، زبان و حافظه کاری - تجزیه و تحلیل کردند.

به زبان ساده، آنالیزها «چشم طوفان» را مشخص کردند و پیش‌بینی کردند که چرخش‌های عصبی با چه سرعتی و عریض از آنجا پخش می‌شوند. تیم گفت: آنها حرکت کردند و "به شیوه ای جذاب با یکدیگر تعامل کردند، که بسیار هیجان انگیز بود."

مارپیچ‌ها، مانند طوفان‌ها، در حالی که در اطراف مراکز مشخص می‌چرخند، در سراسر قشر بدن می‌چرخند - که به آن «تکینگی فاز» می‌گویند. آنها گفتند که این الگو به طرز شگفت آوری شبیه به سایر سیستم های دینامیکی در فیزیک و زیست شناسی است، مانند تلاطم.

[محتوای جاسازی شده]

رمز و راز مارپیچ

چرا و چگونه این مارپیچ ها به وجود می آیند؟ تیم هنوز همه پاسخ ها را ندارد. اما با حفاری عمیق تر، آنها دریافتند که دانه های این مارپیچ ها از مرزهای بین شبکه های عصبی عملکردی شکوفا می شوند. این تیم فکر می‌کند که این اشکال چرخشی می‌توانند برای «هماهنگی مؤثر جریان فعالیت در بین این شبکه‌ها از طریق حرکت چرخشی آن‌ها» ضروری باشند.

مارپیچ ها بسته به کار شناختی در دست می چرخند و با هم تعامل دارند. آنها همچنین تمایل دارند که بچرخند و در مناطقی از مغز که به آنها "قلب های مغزی" می گویند، مانند قسمت های جلویی مغز یا قسمت های مربوط به یکپارچه سازی احساسات پخش شوند.

اما تعامل آنها به ویژه جذاب است. بر اساس فیزیک تلاطم، مارپیچ های مغزی که به یکدیگر برخورد می کنند، حجم زیادی از اطلاعات را حمل می کنند. این امواج داده ها را در فضا و زمان می گیرند و اطلاعات را در سطح نورون های زنده در امواج غیرخطی منتشر می کنند.

گونگ می‌گوید: «برهم‌کنش‌های پیچیده میان مارپیچ‌های چندگانه می‌تواند محاسبات عصبی را به شیوه‌ای توزیع‌شده و موازی انجام دهد که منجر به کارایی محاسباتی قابل‌توجهی می‌شود.»

برای دکتر Kentaroh Takagaki از دانشگاه توکوشیما، که در این مطالعه شرکت نداشت، "نتایج یک نقطه مقابل آشکار با دیدگاه ثابت" پردازش اطلاعات در قشر مغز است.

در حال حاضر، مارپیچ های مغز نسبتاً مرموز باقی مانده اند. اما با کار بیشتر، آنها می توانند بینش هایی در مورد زوال عقل، صرع و سایر اختلالات عصبی دشوار به دست آورند.

تصویر های اعتباری: میتول گروور / می Unsplash

مارپیچ های تازه کشف شده از فعالیت مغز ممکن است به توضیح هوش داده پلاتو بلاک چین کمک کند. جستجوی عمودی Ai.

تمبر زمان:

بیشتر از تکینگی هاب