مغز، 10 برابر بیشتر از آنچه قبلا تصور می شود اطلاعات ذخیره می کند
دانشمندان، روش جدیدی را برای کشف استحکام سیناپسی، دقت شکل پذیری و میزان ذخیره سازی اطلاعات ابداع کرده اند.
آیا میشود کیفیت را به کمیت تبدیل کرد؟
آیا کمّی کردن کیفیت ها در استحکام سیناپسی، دقت شکل پذیری و میزان ذخیره سازی اطلاعات ممکن است؟
بله ممکن است
25 مه 2024
خلاصه:محققان، روشی را برای اندازه گیری قدرت سیناپسی، دقت شکل پذیری و ذخیره ی اطلاعات در مغز توسعه داده اند.
با استفاده از نظریه ی اطلاعات، محققان دریافتند که سیناپس ها می توانند 10 برابر بیشتر از آنچه قبلاً تصور می شد، اطلاعات ذخیره کنند.
این یافته ها درک یادگیری، حافظه و چگونگی تکامل یا بدتر شدن این فرآیندها را افزایش می دهد. این پیشرفت می تواند تحقیقات در مورد اختلالات رشدی عصبی را تحریک کند.
حقایق کلیدی:
پلاستیسیتی یا انعطاف پذیری سیناپسی:
این مطالعه با استفاده از تئوری اطلاعات، قدرت سیناپسی و شکل پذیری و ذخیره اطلاعات را اندازه گیری می کند.
افزایش ذخیره سازی: یافته ها نشان می دهد سیناپس ها می تواند 10 برابر بیشتر از آنچه قبلا تصور می شد، اطلاعات ذخیره کند.
تأثیر پژوهش: این روش میتواند مطالعات را در زمینه ی یادگیری، حافظه و اختلالات مغزی مانند آلزایمر، پیشرفت دهد.
با هر زیر و رو کردن- که در دسته ای از فلش کارت های لغات واژگان انجام می دهید- تعاریف آن ها سریع تر و آسان تر می شود. این فرآیند یادگیری و به خاطر سپردن اطلاعات جدید، ارتباط های سیناپسی مهمی را در مغز شما تقویت می کند.
یادآوری آسانتر آن کلمات و تعاریف جدید با تمرین، نشان میدهد آن اتصالات عصبی، به نام سیناپسها، میتوانند در طول زمان قویتر یا ضعیفتر شود و این، ویژگیای است که به عنوان پلاستیسیتی یا انعطاف پذیری سیناپسی شناخته میشود.
کمّی کردن دینامیک سیناپسهای فردی میتواند برای دانشمندان علوم اعصاب، چالشبرانگیز باشد، اما نوآوریهای محاسباتی اخیر موسسه ی salk، ممکن است آن را تغییر دهد و بینشهای جدیدی را درباره ی مغز، آشکار کند.
برای درک اینکه مغز چگونه اطلاعات را یاد می گیرد و آن را حفظ می کند، دانشمندان سعی می کنند داده ها را کمّی کنند و این، نشان میدهد سیناپس از طریق یادگیری چقدر قوی تر شده است و چقدر می تواند قوی تر شود.
قدرت سیناپسی را میتوان با مشاهده ی ویژگیهای فیزیکی سیناپسها اندازهگیری کرد، اما اندازهگیری دقت پلاستیسیته (خواه سیناپسها به میزان ثابت ضعیفتر یا قویتر شوند) و مقدار اطلاعاتی که یک سیناپس میتواند ذخیره کند، بسیار دشوار است.
دانشمندان salk, روش جدیدی را برای کشف استحکام سیناپسی، دقت شکل پذیری و میزان ذخیره سازی اطلاعات ایجاد کرده اند.
کمّی کردن این سه ویژگی سیناپسی، می تواند درک علمی از نحوه ی یادگیری و به خاطر سپردن انسان ها و همچنین چگونگی تکامل آن فرآیندها در طول زمان یا بدتر شدن با افزایش سن یا بیماری را بهبود بخشد.
این یافته ها در مجله ی Neural Computationدر 23 آوریل 2024منتشر شد.
پروفسور ترنس سجنوفسکی، نویسنده ی ارشد این مطالعه میگوید: «ما در شناسایی دقیق مکان و نحوه ی اتصال سلولهای عصبی به یکدیگر بهتر میشویم، اما هنوز چیزهای زیادی برای یادگیری در مورد پویایی این اتصالات باقی مانده است.
ما اکنون تکنیکی برای مطالعه ی قدرت سیناپسها، دقتی که نورونها با آن، این قدرت را تعدیل میکنند، و میزان اطلاعاتی که سیناپسها قادر به ذخیرهسازی هستند، ایجاد کردهایم و این، ما را به این نتیجه میرساند- که مغز ما میتواند 10 برابر بیشتر از آنچه قبلا تصور می کردیم- اطلاعات ذخیره کند.
هنگامی که یک پیام، از مغز عبور می کند، از یک نورون به نورون دیگر می پرد و از انتهای آکسون یک نورون به سمت پیچک های کشیده شده به نام دندریت در نورون دیگر، جریان می یابد.
هر دندریت روی یک نورون با زائدههای پیازی کوچکی به نام خارهای دندریتیک پوشیده شده است و در انتهای هر دندریت، سیناپس قرار دارد. سیناپس، فضای کوچکی است که در آن دو سلول به هم میرسند و سیگنال الکتروشیمیایی منتقل میشود.
سیناپس های مختلفی برای ارسال پیام های مختلف فعال می شود.
برخی از پیام ها جفت سیناپسی را فعال می کند که در نزدیکی یکدیگر روی یک دندریت هستند.
این جفتهای سیناپسی، ابزار تحقیقاتی فوقالعادهای هستند و اگر دو سیناپس، تاریخچه ی فعالسازی یکسانی داشته باشند، دانشمندان میتوانند قدرت آن سیناپسها را برای نتیجهگیری در مورد دقت پلاستیسیته، مقایسه کنند.
چون نوع و مقدار اطلاعات یکسانی از این دو سیناپس عبور کرده است، آیا قدرت هر کدام، به یک اندازه تغییر کرده است؟ اگر چنین است، دقت پلاستیسیته ی آنها بالاست.
تیم Salk از مفاهیم نظریه ی اطلاعات برای تجزیه و تحلیل جفت سیناپس از هیپوکامپ موش صحرایی - بخشی از مغز که در یادگیری و حافظه نقش دارد - برای استحکام، انعطاف پذیری و دقت شکل پذیری، استفاده کرد.
تئوری اطلاعات، یک روش ریاضی پیچیده برای درک پردازش اطلاعات ورودی است که از یک کانال پر سر و صدا عبور می کند و در طرف دیگر بازسازی می شود.
بر خلاف روشهایی- که در گذشته استفاده میشد- تئوری اطلاعات، علاوه بر ارائه یک واحد گسسته یک بیتی از اطلاعات، برای اندازهگیری مقدار اطلاعات ذخیرهشده در سیناپس، پر سر و صدا بودن سیگنالها و سلولهای مغز را هم به حساب میآورد.
محمد سماوات، نویسنده ی اول این مطالعه و محقق فوق دکترا در آزمایشگاه سجنوسکی میگوید: «ما سیناپسها را بر اساس قدرت تقسیم کردیم. 24 دسته احتمالی مطرح شد، سپس جفت سیناپس ها را برای تعیین اینکه دقیقاً چگونه قدرت هر سیناپس تعدیل میشود، مقایسه کردیم.
ما هیجانزده شدیم وقتی متوجه شدیم این جفتها اندازههای دندریتی و قدرت سیناپسی بسیار مشابهی دارند، به این معنی که مغز وقتی سیناپسها را در طول زمان ضعیفتر یا قویتر میکند، بسیار دقیق است.
علاوه بر اشاره به شباهتهای سیناپس در این جفتها، که به معنای سطح بالایی از دقت پلاستیسیتی است، این تیم همچنین میزان اطلاعات نگهداری شده در هر یک از 24 دسته ی قدرتی را اندازهگیری کرد. علیرغم تفاوت در اندازه ی هر ساختار دندریتی، هر یک از 24 دسته ی سیناپسی، دارای مقدار مشابهی (بین 4.1 و 4.6 بیت) اطلاعات است.
در مقایسه با تکنیکهای قدیمیتر، این رویکرد جدید با استفاده از نظریه ی اطلاعات:
۱- 10 برابر بیشتر از آنچه قبلاً تصور میشد ذخیرهسازی اطلاعات در مغز را به خود اختصاص میدهد،
۲- مقیاسپذیر است، به این معنی که میتوان آن را برای مجموعههای متنوع و بزرگ داده ای از سیناپس ها به کار برد.
کریستن هریس، استاد دانشگاه تگزاس در آستین و نویسنده ی این مطالعه میگوید: «این تکنیک کمک بزرگی برای دانشمندان علوم اعصاب خواهد بود».
داشتن نگاه دقیق به قدرت سیناپسی و انعطاف پذیری، می تواند واقعاً تحقیقات در مورد یادگیری و حافظه را تشویق کند، و ما می توانیم از آن برای کشف این فرآیندها در تمام بخش های مختلف مغز انسان، مغز حیوان، مغز جوان و مغز پیر استفاده کنیم.
سجنوفسکی میگوید کار آینده ی پروژههایی مانند ابتکار مغز مؤسسه ملی سلامت، که اطلس سلولهای مغز انسان را در اکتبر 2023 تأسیس کرد، از این ابزار جدید بهرهمند خواهد شد.
علاوه بر دانشمندانی که انواع و رفتار سلول های مغزی را فهرست بندی می کنند، این تکنیک برای کسانی که در حال مطالعه بر بیماری هایی هستند که در آن، ذخیره سازی اطلاعات خراب می شود مانند بیماری آلزایمر - هیجان انگیز است.
در سالهای آینده، محققان در سرتاسر جهان میتوانند از این تکنیک برای اکتشافات هیجانانگیز در مورد توانایی مغز انسان برای یادگیری مهارتهای جدید، به خاطر سپردن اقدامات روزمره و ذخیره ی اطلاعات کوتاهمدت و بلندمدت استفاده کنند.
خلاصه
ظرفیت ذخیره سازی اطلاعات سیناپسی، با تئوری اطلاعات اندازه گیری شد
تنوع در قدرت سیناپس ها را می توان با اندازه گیری خواص تشریحی سیناپس ها قابل اندازه گیری و کمی کرد. کمّی کردن دقت انعطاف پذیری سیناپسی برای درک ذخیره و بازیابی اطلاعات در مدارهای عصبی، اساسی است.
سیناپس ها از یک آکسون روی یک دندریت، یک تاریخ مشترک دارند، که آنها را به کاندیدایی ایده آل برای تعیین دقت شکل پذیری سیناپسی بر اساس شباهت ابعاد فیزیکی آنها تبدیل می کند.
در اینجا، دقت و مقدار اطلاعات ذخیره شده در ابعاد سیناپس با تئوری اطلاعات شانون Shannon information theory، اندازهگیری شد و تجزیه و تحلیل قبلی را- که از نظریه تشخیص سیگنال استفاده میکرد- گسترش داد (بارتول و همکاران، 2015).
دو روش با استفاده از حجم سر دندریتی در وسط لایه ی تابشی ناحیه ی هیپوکامپ CA1 به عنوان معیارهای به خوبی تعریف شده از قدرت سیناپسی، مقایسه شدند.
تئوری اطلاعات تعداد نقاط قوت های سیناپسی قابل تشخیص را بر اساس جعبه ی غیر همپوشانی حجم سر نقشه ی دندریتی مشخص کرد.
آنتروپی شانون، برای اندازهگیری ظرفیت ذخیرهسازی اطلاعات سیناپسی (SISC)، اعمال شد و بر اساس 24 اندازه قابل تشخیص، یک کران پایین 4.1 بیت و کران بالایی 4.59 بیت از اطلاعات را ایجاد کرد.
ما بیشتر توزیع اندازههای قابل تشخیص و توزیع یکنواخت را با استفاده از واگرایی Kullback-Leibler مقایسه کردیم و کشف کردیم توزیع تقریباً یکنواختی از حجمهای نقشه ی سر دندریتی در بین اندازهها وجود دارد که استفاده ی بهینه از مقادیر قابل تشخیص را پیشنهاد میکند.
دکتر سید سلمان فاطمی . نورولوژیست, [05/27/2024 03:14 ب.ظ]
بنابراین، SISC یک معیار تحلیلی جدید ارائه میکند که میتواند برای کاوش قدرت سیناپسی و ظرفیت انعطافپذیری در مناطق مختلف مغز گونههای مختلف و در میان حیواناتی- که در شرایط مختلف در یادگیری مداوم پرورش یافتهاند- تعمیم یابد.
چگونگی تأثیر بیماری ها و اختلالات مغزی بر دقت شکل پذیری سیناپسی نیز قابل بررسی است.
https://neurosciencenews.com/synapse-storage-neuroscience-26173/?fbclid=IwZXh0bgNhZW0CMTEAAR2VmMaosGOxIbNGmWVV6OqWzF6mPiNDct_GMrxStpMruLHhHFGn95WYMxs_aem_ATxM2qnozrnMebBfvDJIpGGkt_Pm1LS_RZfCD_lQeLW2LkBRJz55UKFrnoGuUOOUOxlrchStcRhJmZRmngBRX9Ab
آدرس مطب : اصفهان ، خیابان آمادگاه ، روبروی داروخانه سپاهان ، مجتمع اطبا ، طبقه اول
تلفن : 32223328 - 031