인기 게시물
뇌가 어떻게 새로운 기억을 만들고 오래된 것을 보존하는지 알아보십시오.
과학자들은 인간 두뇌의 생물학적 복잡성이 어떻게 오래된 기억을 지우지 않고 새로운 기억을 쌓을 수 있는지 설명하는 데 도움이 되는 새로운 수학적 모델을 개발했습니다.
인간의 뇌 과정은 너무 복잡하기 때문에 과학자들은 이를 완전히 이해하기 위해 수학적 모델을 개발해 왔습니다. (출처: 픽사베이) 새로운 연구는 우리의 뇌가 오래된 기억을 삭제하지 않고 새로운 기억을 만드는 방법을 보여줍니다.
컬럼비아 과학자들은 인간 뇌의 생물학적 복잡성이 어떻게 오래된 기억을 지우지 않고 새로운 기억을 쌓을 수 있는지 설명하는 데 도움이 되는 새로운 수학적 모델을 개발했으며, 이는 뇌가 몇 년, 수십 년 또는 심지어 평생 동안 기억의 충실도를 유지하는 방법을 보여줍니다.
양배추가 몇 종류 있어요?
이 모델은 신경과학자들이 기억에 대한 보다 표적화된 연구를 설계하는 데 도움이 될 수 있으며 또한 인간 두뇌에서 영감을 받은 강력한 컴퓨팅 시스템인 뉴로모픽 하드웨어의 발전에 박차를 가할 수 있습니다.
뇌는 지속적으로 기억을 받아들이고, 조직하고, 저장합니다. 이 논문의 수석 저자인 스테파노 푸시(Stefano Fusi)는 수많은 실험을 통해 연구된 이러한 과정이 너무 복잡하여 과학자들이 이를 완전히 이해하기 위해 수학적 모델을 개발했다고 말했습니다. 우리가 개발한 모델은 기억의 기저에 깔린 생물학과 화학이 왜 그렇게 복잡한지, 그리고 이 복잡성이 어떻게 뇌의 기억 능력을 주도하는지를 마침내 설명합니다.
기억은 뉴런 표면의 작은 구조인 시냅스에 저장되는 것으로 널리 알려져 있습니다. 이 시냅스는 도관 역할을 하여 일반적으로 뉴런에서 뉴런으로 전달되는 전기 펄스 내부에 저장된 정보를 전달합니다. 초기 메모리 모델에서 시냅스를 통과하는 전기 신호의 강도는 스테레오의 볼륨 노브와 비교되었습니다. 그것은 뉴런 간의 연결 강도를 높이거나 낮추기 위해 전화를 걸었습니다. 이것은 기억의 형성을 가능하게 했다.
이 모델은 엄청난 메모리 용량을 차지하기 때문에 매우 잘 작동했습니다. 그러나 그들은 또한 흥미로운 딜레마를 제기했습니다.
Fusi 박사는 시냅스가 어떻게 기능하는지에 대한 단순하고 다이얼과 같은 모델의 문제는 그 강도가 무한정 증가하거나 감소할 수 있다고 가정했다고 덧붙였습니다. 그러나 실제 세계에서는 이런 일이 일어날 수 없습니다. 스테레오의 볼륨 노브든 생물학적 시스템이든 상관없이 회전할 수 있는 양에는 물리적 제한이 있어야 합니다.
이러한 제한이 부과되었을 때 이러한 모델의 메모리 용량이 붕괴되었습니다.
따라서 Fusi 박사는 동료 Zuckerman Institute 조사관인 Larry Abbot과 공동으로 각 시냅스가 하나의 다이얼보다 더 복잡하며 대신 여러 다이얼이 있는 시스템으로 설명되어야 하는 대안을 제안했습니다.
2005년에 Fusi 박사와 Abbott 박사는 이 아이디어를 설명하는 연구를 발표했습니다. 그들은 시냅스 내의 다른 다이얼이 어떻게 나란히 작동하여 오래된 기억을 보호하면서 새로운 기억을 형성할 수 있는지 설명했습니다. 그러나 나중에 저자들은 그 모델조차도 뇌, 특히 인간의 뇌가 수용할 수 있다고 믿었던 것에는 미치지 못한다는 것을 깨달았습니다.
야자수는 플로리다가 원산지이다
오늘 Nature Neuroscience 논문의 첫 번째 저자인 Marcus Benna는 다양한 시냅스 구성 요소 또는 다이얼이 다른 시간 척도에서 기능할 뿐만 아니라 서로 통신할 가능성이 있다는 것을 깨달았다고 말했습니다. 구성 요소 간의 통신을 모델에 추가하면 저장 용량이 엄청나게 증가하여 살아있는 뇌 내부에서 달성되는 것을 훨씬 더 많이 대표하게 되었습니다.
다른 소식을 확인하세요.
Benna 박사는 이 새로운 모델의 구성 요소를 일련의 튜브를 통해 서로 연결된 비커 시스템에 비유했습니다.
서로 다른 양의 물로 채워진 상호 연결된 비커 세트에서 액체는 수위가 균일해지도록 두 비커 사이를 흐르는 경향이 있습니다. 우리 모델에서 비커는 시냅스 내의 다양한 구성요소를 나타낸다고 Benna 박사는 설명했습니다. 비커 중 하나에 액체를 추가하거나 일부를 제거하는 것은 새로운 기억의 인코딩을 나타냅니다. 시간이 지남에 따라 액체의 결과 흐름은 메모리의 장기 저장에 해당하는 다른 비커로 확산됩니다.
두 연구원은 이 연구가 미래 실험을 안내하는 이론적 틀로 작용하여 궁극적으로 뇌의 더 완전하고 자세한 특성화로 이어짐으로써 실험실의 신경 과학자들에게 도움이 될 수 있기를 희망합니다.
흰색 줄무늬가 있는 검은색 벌레
기억의 시냅스 기반은 잘 받아들여지고 있지만, 노벨상 수상자이자 주커만 연구소의 공동 소장인 에릭 캔델(Eric Kandel) 박사의 연구 덕분에 시냅스가 저하 없이 수년 동안 어떻게 기억을 지원하는지 명확히 하는 것은 극히 어려운 일이었다고 Abbott 박사는 말했습니다. Benna 박사와 Fusi 박사는 시냅스의 분자적 복잡성을 탐구하는 연구원을 위한 가이드 역할을 해야 합니다.
가운데가 노란색인 보라색 꽃
이 모델의 기술적 의미도 유망합니다. Fusi 박사는 생물학적 뇌를 모방하도록 설계된 컴퓨터인 뉴로모픽 하드웨어에 오랫동안 관심을 가져왔습니다.
오늘날 뉴로모픽 하드웨어는 메모리 용량에 의해 제한을 받습니다. 이러한 시스템이 자율적으로 학습하도록 설계된 경우 치명적으로 낮을 수 있다고 Fusi 박사는 말했습니다. 컴팩트하고 에너지 효율적이며 인간의 두뇌만큼 강력합니다.
시냅스 기억 통합의 계산 원리라는 제목의 이 논문은 Nature Neuroscience에 온라인으로 게재되었습니다.