Гиппокамп использует двойные пути для хранения памяти
Механизм, с помощью которого наш мозг записывает события в стереоформате — при этом один канал записывает детали, а другой — общие впечатления, — был выявлен двумя нейробиологами RIKEN.
Наши воспоминания имеют два аспекта: они позволяют нам вспоминать конкретные эпизоды из прошлого, но они также позволяют нам извлекать из них общие концепции. Например, мы можем вспомнить подробности недавнего визита к другу, но мы также можем извлечь обобщения относительно его внешности и личности.
За обе способности отвечает область мозга, известная как гиппокамп, но как именно ему это удается, пока неясно.
Луис Канг из Центра науки о мозге RIKEN (CBS) давно интересуется тем, как воспоминания хранятся в гиппокампе. «Гиппокампы всегда меня завораживали», — говорит он. «Я думаю, что происхождение воспоминаний остается довольно загадочным, даже сейчас».
Интересно, что гиппокамп получает два входных сигнала: один, при котором информация поступает непосредственно из расположенной выше по течению области мозга; и другой, при котором информация проходит обходной путь через другую область мозга, где она подвергается обработке.
Кан и Таро Тоёидзуми, также из CBS, задались вопросом, представляет ли прямой путь, который передает информацию с плотной нейронной активностью, воспоминания с общими впечатлениями, в то время как другой путь, который делает это с разреженной активностью, представляет все их детали.
Чтобы проверить эту гипотезу, они использовали методы статистической физики (оба исследователя имеют общее образование в области физики), чтобы создать математическую модель нейронных цепей в гиппокампе. Затем пара проверила модель, используя изображения трех предметов одежды: кроссовок, брюк и пальто. Они обнаружили, что первый путь хранил детали каждого изображения, в то время как второй генерировал общие концептуальные изображения каждого вида одежды.
Их работа была опубликована в журналах Nature Communications и Physical Review E.
На этом этапе модель давала правдоподобное описание того, что могло происходить в гиппокампе, но для ее поддержки требовалось больше доказательств. «Наша модель предложила одно возможное объяснение того, как мозг запоминает как примеры, так и концепции», — говорит Канг. «Но возможны и другие объяснения».
Чтобы получить дальнейшее подтверждение, исследователи проверили свою модель, используя экспериментальные записи нейронов в гиппокампе мыши , которые были свободно доступны в Интернете. Они заметили, что сигнатура, сгенерированная моделью, также присутствовала в записях. «Это подтверждает возможность того, что мозг ведет себя в соответствии с нашей моделью», — говорит Тоёидзуми.
Наконец, оба исследователя применили тот же подход к машинному обучению , так что нейронные сети представляют информацию как в форме примеров, так и в форме концепций. Это привело к улучшению производительности при различении похожих изображений и выявлении их общих черт.
«Эта работа показывает, как биологический интеллект может вдохновить на создание более совершенных алгоритмов для искусственного интеллекта », — отмечает Канг.