May 17

Lidská paměť je zřejmě složena z bloků znalostí jako Lego

Mnoho neurovědců by souhlasilo s tvrzením, že lidský mozek je jako silikonová plastelína, neuvěřitelně tvárná dětská hračka známá mj. pod názvem Silly Putty. V našich mozcích je díky novým poznatkům a zkušenostem také neustále přetvářen způsob, jakým jsou jednotlivé neurony vzájemně propojeny. Henry Markram ze Švýcarského technologického institutu v Lózán si ale myslí, že mozek je spíše jako jiná dětská hračka: stavebnice Lego.

Z Lega mohou být postaveny všechny možné struktury, není pouze možné upravovat jednotlivé základní součástky. Stejně tak může náš mozek vytvářet nové vzpomínky tím, že přeskupí oddělené a základní stavební kameny znalostí. Markram dále říká: “Opakovaně jsme pozorovali, jak se synapse mění v reakci na stimulace a prožitky. Otázka kterou jsme se ale snažili zodpovědět byla, zda se to děje na zcela čisté nebo na do nějaké míry předpřipravené struktuře.”

Markram a jeho tým vyvinuli způsob, jak odposlouchávat elektrickou aktivitu v jednotlivých mozkových buňkách užitím velmi jemných jehliček se zavedenými drátky. Experimentovali s mozkovou tkání dva týdny staré krysy a jejich cílem bylo zmapovat tvorbu nových synaptických spojení. Zaznamenávali paralelně komunikaci ve skupinách 12 neuronů. Jednotlivé neurony dráždili pomocí sledu pulsů excitačních postsynaptických potenciálů a měřili odezvy ostatních neuronů.

Společní sousedi

Kdyby byl mozek jako plastelína a mohl být neomezeně flexibilně formován zkušenostmi, pak by všechny neurony ve skupině měly mít stejnou pravděpodobnost, že budou spojeni s jiným neuronem. Markramova analýza však odhalila něco jiného. Šance, že se dva neurony spojí a také síla této vazby, závisí přímo úměrně na počtu sousedů, které tyto dva neurony sdílí. Markram to nazval pravidlem společného sousedství.

Vědci poté toto pravidlo aplikovali na počítačový model sítě zahrnující 2000 neuronů aby zjistili, jak se budou virtuální mozkové buňky propojovat. Když pak tento model použili k zopakování svých pokusů na myším mozku, dostali téměř shodné výsledky.

Zjistili dále, že díky pravidlu společného sousedství vznikly funkční skupiny 40-50 neuronů, které Markram považuje za základní stavební kostky paměti. Říká: “Všem nám byly dány stejné stavební kostky, záleží jen jak jsou propojené. Domníváme se, že jsou to elementární procesní jednotky. Díky těmto jednotkám můžeme všichni vnímat stejné věci, ale mít své individuální jedinečné vzpomínky”

Nádoby pro znalosti

Markram říká, že jde o první experimentální důkaz, že mozková neuronální architektura vytváří základní bloky znalostí. A že tyto bloky možná fungují jako virtuální nádoby pro znalosti, které budou získány v průběhu života.

“Jsou to nejmenší jednotky mozku, které mohou nést znalosti. To co nyní potřebujeme vědět je, jaké druhy znalostí obsahují.”, říká Henry Markram.

Blue Brain Project

Henry Markram je mj. také šéfem projektu Blue Brain Project, jehož cílem je pomocí reversního inženýrství dokázat dokonale simulovat činnost mozku krysy, a díky tomu odhalit základní mechanismy fungování savčího mozku. Před několika lety se jim již podařilo simulovat činnost jednoho neokortexového sloupce. Markram poté na dotaz, kdy očekává možnost simulování lidského mozku, v rozhovoru pro BBC, který se mj. uskutečnil v Praze po konferenci Future technologies conference 2009, prohlásil: „Není to otázka času ale peněz. Technologie jsou dnes tady. Záleží pouze na tom, jestli to společnost bude chtít. Bude-li to chtít do deseti let, budeme to mít do deseti let. Bude-li to chtít za 1000 let, můžeme počkat.“


Abstrakt článku z prestižního časopisu Proceedings of the National Academy of Sciences (vydání březen 2011)

Neuronové obvody mozkové kůry jsou často považovány za čistou tabuli, která může být libovolně formována podle prodělaných zkušeností. Když vědci ze švýcarské laboratoře v Lózán zkoumali synaptické vazby ve skupinách pyramidových neuronů v kůře mozkové, zjistili, že jak konektivita tak synaptické váhy jsou překvapivě předvídatelné. Synaptické váhy sledovaly velmi věrně počet spojů ve skupinách neuronů a naplňovaly max. 20% možných spojení, která by mezi neurony ve skupině mohla být vytvořena. Když pak vědci zjišťovali topologii sítě spojení mezi neurony, zjistili že neurony se seskupují do malých sítí, které nejsou volně škálovatelné, s max. dvěma stupni volnosti. Našli také jednoduché seskupovací pravidlo, kde konektivita je přímo úměrná počtu sousedů těchto sítí, který přesně predikuje pravděpodobnost spojení mezi dvěma neurony. Tyto sítě pyramidálních neuronů se sdružují do skupin, z nichž každá má několik tuctů neuronů (40-50). Neurony, z nichž jsou jednotlivé skupiny sestaveny, mají mezi sebou překvapivě velké rozestupy o velikosti více než 100 μm, což dovoluje, aby se jednotlivé skupiny mezi sebou vzájemně proplétaly a sdílely společný prostor. Stručně řečeno, kolektiv vědců pod vedením Henryho Markrama objevil princip synaptického organizování, který byl přítomný u různých druhů zkoumaných živočichů, a tedy nezávislý na individuálních zkušenostech. Nyní spekulují o tom, že tyto elementární skupiny neuronů jsou jako přednastavené bloky, ze kterých se skládá naše vnímání jako stavebnice a že získaná paměť závisí více na kombinování těchto elementárních součástí do vyšších nadřazených celků.

Zdroje:



POZASTAVENO PŘEKLÁDÁNÍ NOVINEK


PŘEKLAD AKTUÁLNÍCH ČLÁNKŮ DO ČEŠTINY BYL POZASTAVEN Z DŮVODŮ NEDOSTATKU FINANČNÍCH PROSTŘEDKŮ. MONITOROVÁNÍ VÝZKUMU MOZKU NICMÉNĚ POKRAČUJE V RÁMCI "MIND UPLOADING PROJECT", KDE PŘINÁŠÍME AKTUÁLNÍ DĚNÍ V ORIGINÁLNÍM ANGLICKÉM ZNĚNÍ. RÁDI VYDÁVÁNÍ ČESKÝCH ČLÁNKŮ OPĚT OBNOVÍME, JAKMILE SE NA NAŠEM ÚČTĚ OBJEVÍ NĚJAKÉ PENÍZE OD ČESKÝCH DÁRCŮ A SPONZORŮ.

daruj