Un studiu revoluționar a descoperit cum învață creierul

Cum învață creierul? Cum ajung sarcinile de la un nou loc de muncă, versurile unui hit recent sau indicațiile către casa unui prieten să fie stocate în creierul nostru?

Cum învață creierul? Răspunsul general este că creierul nostru se adaptează pentru a integra informațiile noi. Pentru a adopta un nou comportament sau a reține date recent învățate, circuitele cerebrale suferă modificări.

• Universul invizibil dezvăluie noi indicii despre materia întunecată
• De ce ni se pare că luna decembrie „vine mai devreme” în fiecare an?

Aceste schimbări au loc la nivelul a trilioane de sinapse (conexiunile dintre celulele nervoase individuale, numite neuroni) unde are loc comunicarea în creier. Într-un proces extrem de coordonat, informațiile noi întăresc anumite sinapse și le slăbesc pe altele. Oamenii de știință care au studiat în detaliu aceste modificări, cunoscute sub numele de „plasticitate sinaptică”, au descoperit numeroase mecanisme moleculare implicate. Totuși, regulile care determină care sinapse sunt modificate au rămas, până de curând, necunoscute, ceea ce a fost o enigmă esențială pentru înțelegerea modului în care informațiile sunt învățate și păstrate în creier.

Cercetătorii au aflat cum învață creierul

Neurobiologii de la Universitatea California din San Diego (SUA) William „Jake” Wright, Nathan Hedrick și Takaki Komiyama au descoperit acum detalii esențiale despre cum învață creierul. Studiul, desfășurat pe parcursul mai multor ani, a fost finanțat în principal prin granturi de cercetare de la National Institutes of Health.

Publicată în revista Science, cercetarea a folosit metode avansate de vizualizare cerebrală, incluzând imagistica cu doi fotoni, pentru a analiza în detaliu activitatea sinapselor și a neuronilor la șoareci în timpul proceselor de învățare. Cu ajutorul acestor tehnologii de ultimă generație, cercetătorii au putut observa sinapsele la un nivel de detaliu fără precedent. Contrar ideii generale, care presupunea că neuronii urmează un set unic de reguli în timpul învățării, noile date arată că neuronii individuali aplică mai multe seturi de reguli, iar sinapsele din zone diferite ale aceluiași neuron urmează reguli diferite. Aceste descoperiri deschid noi direcții atât pentru înțelegerea tulburărilor neurologice, cât și pentru dezvoltarea Inteligenței Artificiale.

„De obicei, când se vorbește despre plasticitatea sinaptică, se presupune că este un proces uniform în întregul creier. Cercetarea noastră oferă o înțelegere mai clară a modului în care sinapsele se modifică în timpul învățării, cu posibile implicații importante pentru sănătate, având în vedere că multe boli neurologice implică disfuncții ale sinapselor”, a spus Wright, autorul principal al studiului.

Deși se știe că fiecare sinapsă are acces doar la informații locale, împreună contribuie la formarea unor comportamente noi, complexe, o dilemă cunoscută drept „problema atribuirii meritelor” (credit assignment problem). Situația este similară cu cea a furnicilor care execută sarcini individuale fără a cunoaște scopurile generale ale coloniei, scrie Eurek Alert.

Cercetarea ar putea duce la noi tratamente pentru disfuncțiile cerebrale

Descoperirea că neuronii aplică simultan mai multe reguli i-a luat prin surprindere pe cercetători. Metodele folosite le-au permis să observe în timp real modul în care neuronii își modifică conexiunile.

„Această descoperire schimbă fundamental modul în care înțelegem soluționarea problemei atribuirii meritelor în creier. Conceptul este că neuronii individuali realizează calcule distincte, în paralel, în diferite compartimente subcelulare”, a declarat Takaki Komiyama, autor al studiului.

Aceste informații noi pot contribui la îmbunătățirea rețelelor neuronale artificiale, care acum funcționează pe baza unui set comun de reguli de învățare. Studiul sugerează posibilitatea proiectării unor sisteme AI mai sofisticate, în care unitățile individuale urmează reguli diferite.

În domeniul sănătății, aceste descoperiri ar putea deschide calea către noi tratamente pentru afecțiuni precum dependența, tulburarea de stres post-traumatic, Alzheimer și tulburările de dezvoltare neurologică, inclusiv autismul.

„Această cercetare oferă o bază potențială pentru înțelegerea modului în care funcționează în mod normal creierul, ajutându-ne astfel să identificăm ce anume nu funcționează corect în cazul anumitor boli”, a adăugat Wright.

Cercetătorii vor continua investigațiile pentru a înțelege cum pot neuronii să aplice reguli multiple simultan și ce beneficii le oferă această versatilitate.

Vă recomandăm să citiți și:

Îngrășămintele cu azot ar putea favoriza producția de polen care provoacă alergii

Anturajul are un efect mai negativ asupra băieților decât a fetelor, arată un studiu

Senzația de foame poate modifica sistemul imunitar, relevă un studiu

Bananele, mai eficiente decât limitarea consumului de sare pentru menținerea tensiunii arteriale