지난 수십 년 동안 연구원들은 뇌가 기억을 조직하는 방법에 대한 세부 사항을 밝히기 위해 노력해 왔습니다. 많은 미스터리가 남아 있지만 과학자들은 중요한 사건을 확인했습니다.“SHART-WAVE RIPPE”(SWR)라고 불리는 강렬한 뇌파의 형성. 이 과정은 뇌의 즉각적인 재생의 버전입니다. 최근 경험 중에 발생한 신경 활동의 급증 버전입니다. 이 잔물결은 단지 100 밀리 초에 걸쳐 발사되는 수만 개의 세포의 산물 인 놀랍도록 동기식 신경 교향곡입니다. 그보다 더 많은 활동은 발작을 유발할 수 있습니다.
이제 연구원들은 SWR이 기억 형성보다 훨씬 더 많은 것에 관여 할 수 있음을 깨닫기 시작했습니다. 최근에, 수많은 유명 설치류 연구에 따르면 뇌는 SWR을 사용하여 미래의 사건을 예상한다고 제안했습니다. 예를 들어, 최근의 실험은 SWR이 미래를위한 계획에 관여하는 뇌의 전면에있는 전두엽 피질의 활동과 연결되어 있음을 발견했습니다.
이와 같은 연구는 기억과 의사 결정 과정 사이의 복잡한 관계를 밝히기 시작했습니다. 샌프란시스코 캘리포니아 대학교의 신경 과학자 인 로렌 프랭크 (Loren Frank)는 몇 년 전까지 몇 년 전까지 SWR에 대한 대부분의 연구는 추억을 창출하고 통합하는 데만 초점을 맞추 었다고 말했다. “그들 중 누구도이 문제를 실제로 다루지 않았습니다. 실제로 무엇을 해야하는지 알아 내기 위해 이것을 어떻게 사용합니까?”
새로운 결과는 또한 해마에 대한 우리의 이해, 각 귀 뒤에있는 뇌 조직의 c 자형 덩어리에 대한 광범위한 변화를 촉구하고 있습니다. 1950 년대 후반이 지역이 H.M.로 알려진 환자의 기억 상실과 유명한 것으로 유명한 것으로, 연구원들은 추억을 만들고 저장하는 데 집중했습니다. 그러나 새로운 연구에 따르면 해마는 사람들이 미래에 과제를 수행한다고 상상할 때 활발한 것으로 나타났습니다. 마찬가지로, 해마를 손상시킨 사람들은 새로운 경험을 상상할 수 없습니다. 해마는 즉각적인 재생을 허용 할뿐만 아니라 과거로의 정신 시간 여행으로서도 정신적으로 도약하는 데 도움이됩니다.
실제로, 복잡한 계획은 해마의 진정한 이점 일 수 있습니다. "그게 기억이있는 시점입니다." 프랭크가 말했다. "경험 한 경험으로 돌아가서 일반적인 원칙을 추출한 다음 다음 원칙을 사용하여 다음에해야 할 일을 알아냅니다."
.기억의 교향곡
뉴욕 대학교 신경 과학자 György (Yuri) Buzsáki는 1982 년 언젠가 뇌의 즉각적인 재생의 독특한 소리를 처음 들었던 날을 기억합니다. 그는 당시 캐나다 서부 온타리오 대학교 (University of Western Ontario)의 박사후 연구원으로, 한 뉴런의 연약한 핑을 기록하는 방법을 배우려고 노력하는 젊은 연구원이었습니다.
쥐의 뇌 조직 층 후 층을 통해 전극을 삽입하면서, 부착 된 스피커는 간헐적 인 뉴런 소음의 팝을 방출했습니다. 갑자기 와이어가 해마의 바닥에 부딪히자 스피커는 충돌
1989 년, Buzsáki는 해마에서 SWR 뇌파의 목적이 기억을 조직하고 통합하는 데 도움이된다고 제안하는 주요 논문을 발표했습니다. 그는 2 단계 메모리 모델을 설명했다. 활성 학습이라고 불리는 첫 번째 단계에서, 피질의 다른 부분 (뇌의 외부 층)에있는 세포는 갈매기의 삐걱 거리는 소리 나 서핑 냄새와 같은 감각 정보를 나타내는 방송 신호입니다.
Buzsáki의 기억의 두 번째 메모리 단계 인 통합 단계에서 해마는 그러한 이질적인 발사 패턴을 받고 단일 SWR로 합성합니다. SWR은 메모리를 인코딩하여 미래의 검색을 위해 뇌의 다른 부분에 저장합니다. 책 색인의 항목이 특정 단어를 언급하는 모든 페이지를 나열하는 것처럼 SWR은 특정 과거 이벤트의 나머지 부분을 상기시키는 고유 한 코드를 제공하는 것 같습니다. 캐나다의 캘리포니아 대학교, Irvine University 및 University of Lethbridge의 신경 생물학자인 Bruce McNaughton은“우리는이를 색인 코드라고 부릅니다. 고유 한 코드를 사용하여 SWR은 다양한 감각 입력 배열에서 조립 된 일관된 메모리를 저장할 수 있습니다.
1994 년, McNaughton과 그의 동료 인 Matthew Wilson은 현재 Massachusetts Institute of Technology의 신경 과학자 인 Memory Consolidation 이론에 대한 최초의 직접적인 증거를 제공하는 과학 논문을 발표했습니다. 과학자들은 이미 SWR이 동물이 자고, 마취하에 또는 부동의시기에 자라 할 때만 자르고 있다는 것을 알고있었습니다. 그들은 또한 동물이 단순한 미로를 통과 할 때 뉴런이 특정 패턴으로 발사한다는 것을 알고있었습니다. McNaughton과 Wilson은 쥐의 뇌에 큰 전극을 삽입하고 이러한 패턴을 모니터링했습니다. 그들은 미로를 통과하는 동안 쥐가 생산하는 특정 신경 패턴이 나중에 SWR로 반복 될 것임을 발견했습니다. 수면 중 경험을 재생하는 연구원들은 가정이 가정 한 연구자들은 뇌가 해마에서 피질의 장기 저장으로 기억을 어떻게 전달했는지의 일부였습니다.
향후 20 년 동안 연구원들은 SWR이 수면 중에뿐만 아니라 기억 통합의 중요한 구성 요소라고 확립했습니다. 2006 년 윌슨과 그의 박사후 연구원 데이비드 포스터 (David Foster)는 쥐가 직선 트랙을 따라갈 때 발사 된 뇌 활동의 순서가 직후 휴식 기간 동안 정확한 순서로 재생되었다고 본질적으로보고했다. 흥미롭게도 연구자들은 패턴이 반대로 발사된다는 것을 발견했습니다. 쥐는 가장 최근의 경험을 먼저 검토했습니다. 아마도 이러한 기억은 현재 상태에서 동물에게 가장 유용했기 때문일 것입니다.
.의사 결정 트리
지난 몇 년 동안 많은 연구 그룹이 동물들이 어떻게 이러한 즉각적인 재생을 사용하여 행동을 안내하는지 조사해 왔습니다. Loren Frank의 팀은 쥐를 훈련 시켜이 질문에 파고 들었습니다. 90도 회전. 동물은 중간 팔에서 왼쪽 팔, 중간으로 돌아온 다음 오른쪽 팔, 중간으로 등을 따를 때 특정 패턴을 따를 때 보상을받습니다. 이를 성공적으로 수행하려면 두 가지 규칙을 배워야합니다. 첫 번째는 쉽습니다. 바깥 쪽 팔에 있다면 중간으로 가십시오. 두 번째 규칙은 더 많은 생각을 가져옵니다. 내가 중간 팔에 있다면 바깥 쪽 팔로 가면 그냥 오지 않았습니다.
쥐가 중간 팔에서 일시 중지되면 해마 스퍼터 SWRS 및이 코드는 동물이 방금 미로에서 찍은 경로를 나타냅니다. 마치 동물이 고려하기를 멈추는 것처럼 보입니다. 방금 어디에서 왔습니까? 다음에 어디로 가야합니까?
2012 년 과학에 발표 된 연구에서 Frank와 그의 동료들은 이러한 SWR이 과제를 배우는 데 필수적인 것으로 판명되었습니다. 연구원들이 전기 자극으로 SWR을 닦았을 때, 쥐는 더 이상 교대 미로 패턴을 배울 수 없었습니다. 그들은 첫 번째 단계를 배웠습니다. 나가서 돌아와서 두 번째는 아닙니다. Frank는 SWRS가 쥐의 즉각적인 과거 정보 (방금 한 일)를 다음에해야 할 일과 통합한다고 이론화합니다.
그러나 일부 신경 과학자들은 SWR이 계획, 의사 결정 및 많은 뇌 영역의 조정 된 활동에 의존하는 기타 복잡한 행동에 밀접하게 관련되어 있다고 말할 준비가되어 있지 않습니다. Buzsáki는 놀랍게도 SWR이 기억 통합으로 제한된다고 믿는 회의론자 중 하나입니다. "나는 날카로운 파도를 좋아하며 가능한 한이 [연구]를 홍보하려고 노력합니다." "하지만 조금 조심 스럽습니다."
그는 SWR이 짧은 기간 동안 약 100 밀리 초만 지속된다고 지적했다. 그는“이것은 뇌 전체를 자극하기에는 너무 짧다”고 말했다. 또한, SWR은 종종 의사 결정이 이루어지지 않을 때 발생합니다. "그들이 의사 결정과 관련이 있다면, 당신은 반쯤 잠들었을 때가 아니라 완전히 경고 할 때 일어날 것으로 예상 할 것"이라고 그는 말했다.
장거리 연결
SWR이 실제로 계획 및 의사 결정에 관여한다면 해마 외부의 뇌 영역과 어떻게 든 의사 소통해야합니다. "첫 번째 질문은 뇌의 나머지 부분이 관심이 있습니까?" 프랭크가 물었다. 그의 최신 연구에 따르면, 그것은 그렇게합니다. "뇌의 나머지 부분은 돌보고 꽤 많은 관심을 갖습니다."
이 연구에서 Frank의 팀은 Three-Arm 트랙을 다시 사용했지만 이번에는 연구원들이 동물의 해마가 SWR을 보내는 정확한 시간에 미래 계획과 관련된 지역 인 쥐의 전두엽 피질에서 뉴런의 반응을 기록했습니다. Frank는 SWR 코드가 전두엽 피질의 발사 패턴과 강하게 동기화된다는 것을 발견했습니다.
SWR 동안, 전두엽 피질의 뉴런의 약 3 분의 1이 발사 활동을 변화 시켰다고 그는 밝혔다. 프랭크가 6 월에 그리스 산토리니에서 열린 아레드네 컨퍼런스에서 발표 한이 연구는 동물이 깨어있는 동안 SWR과 전전두엽 피질 사이의 꽉 조여진 연결을 처음으로 발견했다고 Frank는 말했다. "해마 와이 전두엽 뇌 영역 사이에 매우 강력한 의사 소통 방식이있는 것처럼 보입니다.이 전두엽 뇌 영역은 꽤 먼 길입니다."
.Buzsáki는 해마와 나머지 뇌 사이의 상호 작용의 증거에 대해 흥분합니다. 그는 연구자들이 마취하에 원숭이의 뇌를 스캔 한 2012 년 자연 연구를 인용하고 SWR이 대부분의 피질을 활성화시키는 동시에 비 피질 영역을 침묵시키는 것으로 보인다는 것을 보여 주었다.
.Buzsáki는“그들이 관찰 한 것은 매우 놀랍습니다. "해마는 피질의 넓은 지역에 도달 할 수 있습니다."
Buzsáki는 SWR이 메모리 통합에 관여한다는 이론을 처음 제시했을 때, Buzsáki는 이러한 상호 작용이 학습 중에 해마에 메시지를 보내고 해마가 기억력을 높이기 동안 피질에 보내는 메시지를 보내는 다소 1 방향이라고 생각했습니다. 그러나 이제 그는 피질과 해마 사이의 의사 소통이 다층이라고 의심합니다. "지금은 더 까다 롭고 더 아름답습니다."
