Studija koju je vodio UCLA Health počela je da otkriva jednu od osnovnih misterija u neuronauci – kako ljudski mozak kodira i daje smisao protoku vremena i iskustava.
Studija, objavljena u časopisu Priroda, direktno je zabeležila aktivnost pojedinačnih neurona kod ljudi i otkrila specifične tipove moždanih ćelija koje su aktivirane na način koji uglavnom odražava redosled i strukturu ljudskog iskustva. Rad je naslovljen „Human hipokampalni i entorhinalni neuroni kodiraju vremensku strukturu iskustva“.
Otkrili su da mozak zadržava ove jedinstvene obrasce paljenja nakon što se iskustvo završi i može brzo da ih reprodukuje dok miruje. Štaviše, mozak je takođe u stanju da iskoristi ove naučene obrasce kako bi se pripremio za buduće stimulanse nakon tog iskustva.
Ovi nalazi pružaju prvi empirijski dokaz o tome kako specifične moždane ćelije integrišu informacije „šta“ i „kada“ da bi izvukle i zadržale predstave o iskustvima kroz vreme.
Viši autor studije, dr Itzhak Fried, rekao je da bi rezultati mogli poslužiti u razvoju neuroprotetskih uređaja za poboljšanje pamćenja i drugih kognitivnih funkcija, kao i da imaju implikacije na razumijevanje spoznaje u ljudskom mozgu od strane umjetne inteligencije.
„Prepoznavanje obrazaca iz iskustava tokom vremena je ključno za ljudski mozak da formira pamćenje, predvidi potencijalne buduće ishode i vodi ponašanje“, rekao je Frid, direktor hirurgije epilepsije na UCLA Health i profesor neurohirurgije, psihijatrije i biobihejvioralnih nauka u školi David Geffen. medicine na UCLA.
„Ali kako se ovaj proces sprovodi u mozgu na ćelijskom nivou, ostao je nepoznat – do sada.“
Prethodna istraživanja, uključujući dr. Fried, koristila su snimke mozga i neuroimaging da bi razumeli kako mozak obrađuje prostornu navigaciju, pokazujući na životinjskim i ljudskim modelima da dva regiona mozga — hipokampus i entorhinalni korteks — igraju ključnu ulogu.
Dva regiona mozga, oba važna u memorijskim funkcijama, rade na interakciji kako bi stvorili „kognitivnu mapu“. Neuroni hipokampusa deluju kao „ćelije mesta“ koje pokazuju kada se životinja nalazi na određenoj lokaciji, slično „Ks“ na mapi, dok entorhinalni neuroni deluju kao „ćelije mreže“ da bi obezbedile metriku prostorne udaljenosti. Ove ćelije pronađene prvo kod glodara Fridova grupa je kasnije pronašla kod ljudi.
Dalja istraživanja su otkrila da slične neuronske akcije rade na predstavljanju neprostornih iskustava kao što su vreme, frekvencija zvuka i karakteristike objekata. Prvobitni nalaz Frida i njegovih kolega bio je onaj o „konceptualnim ćelijama“ u ljudskom hipokampusu i entorhinalnom korteksu koje reaguju na određene pojedince, mesta ili različite objekte i izgleda da su fundamentalne za našu sposobnost pamćenja.
Da bi se na vreme ispitala obrada događaja u mozgu, studija UCLA regrutovala je 17 učesnika sa teškom epilepsijom kojima su prethodno ugrađene dubinske elektrode u mozak za kliničko lečenje.
Istraživači su snimili neuronsku aktivnost učesnika dok su prolazili kroz složenu proceduru koja je uključivala zadatke ponašanja, prepoznavanje obrazaca i sekvenciranje slika.
Učesnici su prvo prošli početnu sekciju skrininga tokom koje im je oko 120 slika ljudi, životinja, objekata i znamenitosti više puta pokazivano na računaru tokom oko 40 minuta. Učesnici su dobili instrukcije da obave različite zadatke, kao što je utvrđivanje da li slika prikazuje osobu ili ne. Slike, poput poznatih glumaca, muzičara i mesta, odabrane su delimično na osnovu preferencija svakog učesnika.
Nakon toga, učesnici su bili podvrgnuti trofaznom eksperimentu u kojem bi obavljali zadatke ponašanja kao odgovor na slike koje su proizvoljno prikazane na različitim lokacijama grafika u obliku piramide. Za svakog učesnika odabrano je šest slika.
U prvoj fazi, slike su bile prikazane u pseudo-slučajnom redosledu. Sledeća faza je imala redosled slika određen lokacijom na piramidalnom grafikonu. Završna faza je bila identična prvoj fazi.
Dok su gledali ove slike, od učesnika je zatraženo da obavljaju različite zadatke ponašanja koji nisu bili povezani sa pozicioniranjem slika na piramidalnom grafikonu. Ovi zadaci su uključivali utvrđivanje da li se na slici nalazi muškarac ili žena ili je data slika preslikana u odnosu na prethodnu fazu.
U svojim analizama, Frid i njegove kolege su otkrili da su hipokampalno-entorhinalni neuroni postepeno počeli da modifikuju i blisko usklađuju svoju aktivnost sa sekvenciranjem slika na piramidalnim grafovima. Ovi obrasci su formirani prirodno i bez direktnih instrukcija za učesnike, kaže Frid. Pored toga, neuronski obrasci odražavaju verovatnoću nadolazećih stimulusa i zadržali su kodirane obrasce čak i nakon što je zadatak završen.
„Ova studija nam po prvi put pokazuje kako mozak koristi analogne mehanizme da predstavi ono što su naizgled veoma različite vrste informacija: prostor i vreme“, rekao je Frid.
„Pokazali smo na neuronskom nivou kako su ove reprezentacije putanja objekata u vremenu ugrađene u ljudski hipokampalno-entorhinalni sistem.
Glavni autor studije bio je Pavel Tacikovski sa koautorima Guldamla Kalendar i Davideom Cilibertijem.
