Учёные раскрыли механизм обработки информации в мозге, объединяющий время и пространство

Исследователи из Тяньцзиньского университета в Северном Китае в сотрудничестве с международными коллегами раскрыли механизм, который помогает объяснить, как мозг обрабатывает информацию, разворачивающуюся во времени.

Исследование, опубликованное в субботу в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, предполагает, что две формы изменений в синапсах — крошечных соединениях, где нейроны общаются, — работают вместе, чтобы позволить мозгу обрабатывать события, поступающие последовательно, как если бы они были расположены рядом друг с другом.

Говоря обычными словами, нейроны общаются друг с другом с помощью кратковременных электрических импульсов, которые передаются через химические синапсы. Такие синапсы могут изменять силу передачи сигналов как на длительных, так и на коротких временных масштабах. Долгосрочная пластичность производит устойчивые изменения и связана с обучением и памятью, тогда как краткосрочная пластичность осуществляет быстрые, временные корректировки на основе недавней активности.

Исследовательская группа под руководством профессора Тяньцзиньского университета Юй Цяна обнаружила, что долгосрочные изменения могут настраивать краткосрочную динамику, позволяя нейронам считывать серию импульсов во времени как пространственный паттерн — подобно превращению мелодии в моментальный снимок.

Согласно исследованию, это преобразование «времени в пространство» может помочь нейронным цепям хранить больше информации и лучше противостоять шуму без необходимости строить более крупные сети — хотя для этого может потребоваться более активная работа цепей, когда необходима дополнительная ёмкость.

Полученные результаты основаны на вычислительных моделях, которые соответствуют недавним электрофизиологическим измерениям из неокортекса мышей и людей, что добавляет уверенности в том, что этот механизм отражает реальную работу мозга.

«Это исследование похоже на открытие „кода сотрудничества“ мозга для обработки информации, — сказал Юй. — Оно не только проясняет фундаментальную логику того, как мозг обрабатывает информацию, но и поддерживает разработку интерпретируемых и обобщаемых методов искусственного интеллекта следующего поколения, отмечая дальнейший прогресс на стыке интеллекта, вдохновленного мозгом, и искусственного интеллекта».