మీ మెదడు కొత్త జ్ఞాపకాలను ఎలా సృష్టిస్తుంది? న్యూరో సైంటిస్టులు న్యూరాన్లు కొత్త సమాచారాన్ని ఎలా ఎన్కోడ్ చేస్తాయో “నియమాలను” కనుగొంటారు

ప్రతి రోజు, ప్రజలు నిరంతరం నేర్చుకుంటున్నారు మరియు కొత్త జ్ఞాపకాలు ఏర్పరుస్తున్నారు. మీరు క్రొత్త అభిరుచిని అభ్యసించడం ప్రారంభించినప్పుడు, స్నేహితుడు సిఫారసు చేసిన రెసిపీని ప్రయత్నించండి లేదా ప్రపంచం నుండి తాజా వార్తలను చదవండి, మీ మెదడు ఈ జ్ఞాపకాలను సంవత్సరాలు లేదా దశాబ్దాలుగా నిల్వ చేస్తుంది.

కానీ మీ మెదడుకు ఈ అద్భుతమైన ఫీట్ ఎలా లభిస్తుంది?

సైన్స్ మ్యాగజైన్‌లో మా కొత్తగా ప్రచురించిన పరిశోధనలో, మెదడు నేర్చుకోవడానికి ఉపయోగించే కొన్ని “నియమాలను” మేము గుర్తించాము.

మెదడు అభ్యాసం

మానవ మెదడు బిలియన్ల నాడీ కణాలతో కూడి ఉంటుంది. డేటాను రవాణా చేయడానికి కంప్యూటర్లు బైనరీ కోడ్‌ను ఉపయోగించినట్లే, ఈ న్యూరాన్లు సమాచారాన్ని కలిగి ఉన్న ఎలక్ట్రికల్ పప్పులను నిర్వహిస్తాయి.

ఈ ఎలక్ట్రికల్ పప్పులు సినాప్సెస్ అని పిలువబడే వాటి మధ్య కనెక్షన్ల ద్వారా ఇతర న్యూరాన్లకు తెలియజేయబడతాయి. వ్యక్తిగత న్యూరాన్లు ఇతర కణాల నుండి వేలాది విద్యుత్ ఇన్పుట్లను పొందగల డెన్డ్రైట్స్ అని పిలువబడే బ్రాంచ్ పొడిగింపులను కలిగి ఉన్నాయి. డెన్డ్రైట్స్ ఈ ఇన్పుట్లను న్యూరాన్ యొక్క ప్రధాన శరీరానికి ప్రసారం చేస్తాయి, ఇక్కడ ఈ సంకేతాలన్నింటినీ దాని స్వంత విద్యుత్ పప్పులను ఉత్పత్తి చేయడానికి అనుసంధానిస్తుంది.

ఇది మెదడులోని విభిన్న సమాచారం మరియు అనుభవాల ప్రాతినిధ్యాలను ఏర్పరుస్తున్న న్యూరాన్ల యొక్క నిర్దిష్ట సమూహాలలో ఈ ఎలక్ట్రికల్ పప్పుల యొక్క సామూహిక చర్య.

న్యూరాన్లు మెదడు యొక్క ప్రాథమిక యూనిట్లు.ఓపెన్‌స్టాక్స్, సిసి బై-సా

దశాబ్దాలుగా, న్యూరాన్లు ఒకదానితో ఒకటి అనుసంధానించబడిన విధానాన్ని మార్చడం ద్వారా మెదడు నేర్చుకుంటుందని న్యూరో సైంటిస్టులు నమ్ముతారు. క్రొత్త సమాచారం మరియు ప్రయోగాలు న్యూరాన్లు ఒకదానితో ఒకటి సంభాషించే విధానాన్ని మారుస్తున్నప్పుడు మరియు సామూహిక కార్యకలాపాల ప్రమాణాలను మార్చినప్పుడు, కొన్ని సినాప్టిక్ కనెక్షన్లు బలంగా మారతాయి, మరికొన్ని బలహీనంగా మారతాయి. సినాప్టిక్ ప్లాస్టిసిటీ యొక్క ఈ ప్రక్రియ మీ మెదడులోని కొత్త సమాచారం మరియు అనుభవాల ప్రాతినిధ్యాలను ఉత్పత్తి చేస్తుంది.

ఏదేమైనా, నేర్చుకునేటప్పుడు మెదడు సరైన ప్రాతినిధ్యాలను ఉత్పత్తి చేయడానికి, సరైన సినాప్టిక్ కనెక్షన్లు సరైన సమయంలో సరైన మార్పులకు లోనవుతాయి. అభ్యాసం సమయంలో ఏ సినాప్సెస్ మార్చాలో మెదడు ఉపయోగించే “నియమాలు” – న్యూరో సైంటిస్టులు క్రెడిట్ అసైన్‌మెంట్ సమస్యను పిలుస్తారు – ఇంకా చాలా స్పష్టంగా లేదు.

నియమాలను నిర్వచించడం

ఏ కనెక్షన్లు బలంగా లేదా బలహీనంగా మారుతాయో నిర్ణయించే కార్యాచరణ నమూనాలను మేము గుర్తించగలమా అని నేర్చుకునేటప్పుడు మెదడులోని వ్యక్తిగత సినాప్టిక్ కనెక్షన్ల కార్యాచరణను పర్యవేక్షించాలని మేము నిర్ణయించుకున్నాము.

ఈ క్రమంలో, సినాప్టిక్ మరియు నాడీ కార్యకలాపాలకు ప్రతిస్పందనగా తమను తాము ప్రకాశవంతం చేసే ఎలుకల న్యూరాన్లలో బయోసాన్‌లను మేము జన్యుపరంగా ఎన్కోడ్ చేస్తాము. నీటిని స్వీకరించడానికి మంచి సూచన తర్వాత ఎలుకలు ఇచ్చిన స్థితిలో లివర్‌ను నొక్కడం వంటి పనిని నేర్చుకున్నందున మేము ఈ కార్యాచరణను నిజ సమయంలో పర్యవేక్షించాము.

న్యూరాన్‌లోని సినాప్సెస్ అన్నీ ఒకే నియమాన్ని పాటించవని మేము ఆశ్చర్యపోతున్నాము. ఉదాహరణకు, శాస్త్రవేత్తలు ఎల్లప్పుడూ న్యూరాన్లు హెబ్బియన్ నియమాలను పిలవడాన్ని అనుసరిస్తారని భావించారు, ఇక్కడ న్యూరాన్లు స్థిరంగా షూట్ చేసే న్యూరాన్లు కనెక్ట్ అవుతాయి. బదులుగా, ఒకే న్యూరాన్ యొక్క డెన్డ్రైట్‌ల యొక్క వివిధ ప్రదేశాలలో సినాప్సెస్ వేర్వేరు నియమాలను అనుసరించాయని మేము చూశాము, కనెక్షన్లు బలంగా లేదా బలహీనంగా ఉన్నాయో లేదో తెలుసుకోవడానికి. కొన్ని సినాప్సెస్ హెబ్బియన్ యొక్క సాంప్రదాయ నియమానికి కట్టుబడి ఉన్నాయి, దీనిలో స్థిరంగా షూట్ చేసే న్యూరాన్లు వాటి కనెక్షన్‌లను బలోపేతం చేస్తాయి. ఇతర సినాప్సెస్ న్యూరాన్ కార్యకలాపాల నుండి భిన్నమైన మరియు పూర్తిగా స్వతంత్రంగా చేసింది.

న్యూరాన్లు, ఒకేసారి రెండు వేర్వేరు సినాప్సెస్ సమూహాలలో నేర్చుకోవటానికి ఒకేసారి రెండు వేర్వేరు నిబంధనల ద్వారా ఒకే ఏకరీతి నియమం కాకుండా, మెదడులోని కొత్త సమాచారాన్ని సరిగ్గా సూచించడానికి వారు అందుకున్న వివిధ రకాల ఎంట్రీలను మరింత ఖచ్చితంగా సర్దుబాటు చేయగలవని మా పరిశోధనలు సూచిస్తున్నాయి.

మరో మాటలో చెప్పాలంటే, అభ్యాస ప్రక్రియలో వేర్వేరు నియమాలను అనుసరిస్తూ, న్యూరాన్లు వివిధ పనులను చేయగలవు మరియు సమాంతరంగా వివిధ విధులను చేయగలవు.

భవిష్యత్ అనువర్తనాలు

ఈ ఆవిష్కరణ అభ్యాస సమయంలో న్యూరాన్ల మధ్య కనెక్షన్లు ఎలా మారుతాయో స్పష్టమైన అవగాహనను అందిస్తుంది. క్షీణించిన మరియు మానసిక పరిస్థితులతో సహా చాలా మెదడు రుగ్మతలలో కొన్ని రకాల సినాప్సెస్ పనిచేయకపోవడాన్ని కలిగి ఉన్నాయని పరిగణనలోకి తీసుకుంటే, ఇది మానవ ఆరోగ్యం మరియు సమాజానికి ముఖ్యమైన చిక్కులను కలిగి ఉంది.

ఉదాహరణకు, మెదడులోని కొన్ని ప్రాంతాలలో సినాప్టిక్ కనెక్షన్ల అధిక బలహీనత నుండి నిరాశ అభివృద్ధి చెందుతుంది, ఇది ఆనందం యొక్క అనుభూతిని కష్టతరం చేస్తుంది. సినాప్టిక్ ప్లాస్టిసిటీ సాధారణంగా ఎలా పనిచేస్తుందో అర్థం చేసుకోవడం, శాస్త్రవేత్తలు నిరాశలో తప్పు ఏమిటో బాగా అర్థం చేసుకోవచ్చు మరియు దానిని మరింత సమర్థవంతంగా చికిత్స చేయడానికి చికిత్సలను అభివృద్ధి చేయవచ్చు.

అమిగ్డాలా కనెక్షన్లలో మార్పులు – ఆకుపచ్చ రంగులో రంగురంగుల – నిరాశలో చిక్కుకున్నాయి.విలియం జె. గియార్డినో/లూయిస్ డి లెసియా ల్యాబ్/స్టాన్ఫోర్డ్ విశ్వవిద్యాలయం ద్వారా NIH/Flickr, CC BY-NC

ఈ పరిశోధనలు కృత్రిమ మేధస్సుకు కూడా చిక్కులను కలిగి ఉండవచ్చు. AI అంతర్లీనంగా ఉన్న కృత్రిమ నాడీ నెట్‌వర్క్‌లు మెదడు ఎలా పనిచేస్తుందో ఎక్కువగా ప్రేరణ పొందింది. ఏదేమైనా, నెట్‌వర్క్‌లు మరియు రైలు మోడళ్లలో కనెక్షన్‌లను నవీకరించడానికి పరిశోధకులు పరిశోధకులు ఉపయోగించే అభ్యాస నియమాలు సాధారణంగా ఏకరీతిగా ఉంటాయి మరియు జీవశాస్త్రపరంగా ఆమోదయోగ్యం కాదు. మా పరిశోధన అత్యంత సమర్థవంతమైన జీవ దృక్కోణం నుండి మరింత వాస్తవిక AI మోడళ్లను ఎలా అభివృద్ధి చేయాలనే దానిపై అంతర్దృష్టులను అందిస్తుంది, మెరుగైన లేదా రెండింటినీ ప్రదర్శిస్తుంది.

మానవ మెదడు రుగ్మతల కోసం కొత్త చికిత్సలను అభివృద్ధి చేయడానికి మేము ఈ సమాచారాన్ని ఉపయోగించటానికి ముందు ఇంకా చాలా దూరం వెళ్ళాలి. వేర్వేరు డెన్డ్రిటిక్ సమూహాలలో సినాప్టిక్ కనెక్షన్లు వేర్వేరు అభ్యాస నియమాలను ఉపయోగిస్తాయని మేము కనుగొన్నప్పటికీ, ఎందుకు లేదా ఎలా ఉందో మాకు తెలియదు. అంతేకాకుండా, వివిధ అభ్యాస పద్ధతులను ఏకకాలంలో ఉపయోగించుకునే న్యూరాన్ల సామర్థ్యం కోడ్ సమాచారాన్ని కోడ్ చేసే సామర్థ్యాన్ని పెంచుతున్నప్పటికీ, ఇతర లక్షణాలు ఏవి ఇవ్వగలవో ఇప్పటికీ అస్పష్టంగా ఉంది.

భవిష్యత్ పరిశోధన ఈ ప్రశ్నలకు సమాధానం ఇస్తుందని మరియు మెదడు ఎలా నేర్చుకుంటుందో మన అవగాహనను విస్తృతం చేస్తుందని భావిస్తున్నారు.

విలియం రైట్ నేషనల్ ఇన్స్టిట్యూట్ ఆఫ్ హెల్త్ (నిండ్స్) మరియు ష్మిత్ సైన్సెస్ నుండి నిధులు పొందుతాడు.

తకాకి కొమియామా రిసీబే ఫైనాన్షియమెంటో డో ఎన్ఐహెచ్, ఎన్ఎస్ఎఫ్, సైమన్స్ ఫౌండేషన్, చాన్ జుకర్‌బర్గ్ ఇనిషియేటివ్ ఇ కవ్లి ఇన్స్టిట్యూట్ ఫర్ బ్రెయిన్ అండ్ మైండ్.