1956 년에 유명한인지 심리학자 George Miller는이 분야의 가장 널리 인용 된 논문 중 하나 인“Magical Number Seven, Plus 또는 Minus 2”를 출판했습니다. 그것에서, 그는 뇌가 수조의 연결에 평생 지식을 저장할 수 있지만, 인간이 한 번에 의식적 인식을 적극적으로 유지할 수있는 항목의 수는 평균적으로 평균적으로 제한적이라고 주장했다.
.이러한 항목은 일련의 숫자, 방 주위에 흩어져있는 소수의 물체, 목록의 단어 또는 겹치는 소리 일 수 있습니다. Miller는 그들이 무엇이든간에, 그 중 7 명만이 작업 메모리라고 불리는 것에 맞게 우리의 집중된 관심과 기타인지 과정에 사용할 수 있습니다. 작업 기억의 유지는 수명이 짧고 경계가 있습니다. 더 이상 적극적으로 생각하지 않을 때는 다른 곳에 저장되거나 잊혀집니다.
밀러 시대 이래로 신경 과학자와 심리학자들은 작업 기억과 놀랍도록 엄격한 한계를 계속 연구 해 왔습니다. 그들은 한계가 실제로 7 개보다 4-5 개에 가까울 수 있음을 발견했습니다. 그리고 그들은 사람들 이이 제약을 해결하는 방법을 연구했습니다. 우리는 "청킹"숫자 (예 :단일 항목 14와 같이 1, 4를 기억하는)로 전화 번호의 모든 숫자를 기억하거나 장기 저장에서 PI의 무작위 숫자를 뒤섞기위한 니모닉 장치를 개발할 수 있습니다.
.그러나 작업 메모리가 왜 그런 겉보기 낮은 임계 값으로 흔들리기 시작하는지에 대한 설명은 애매 모호했습니다. 과학자들은 해당 한계를 초과하려는 모든 시도로 인해 정보가 저하된다는 것을 알 수 있습니다. 뉴런 표현은 "얇은"뇌 리듬이 바뀌고 기억이 무너집니다. 이것은 정신 분열증과 같은 신경계 장애로 진단 된 환자에서 훨씬 적은 수의 품목으로 발생하는 것 같습니다.
그러나 이러한 실패를 일으키는 메커니즘은 최근까지 알려지지 않았습니다.
뇌 피질에 출판 된 논문에서 3 월, 세 과학자 세 과학자들은 뇌의 다른 부분들 사이의 "피드백"신호에서 상당한 약화가 고장을 담당한다는 것을 발견했습니다. 이 작업은 메모리 기능 및 기능 장애에 대한 통찰력을 제공 할뿐만 아니라 뇌가 정보를 처리하는 방법에 대한 급격한 이론에 대한 추가 증거를 제공합니다.
뇌에서 동기화 된 허밍
Earl Miller, Massachusetts Institute of Technology의 Picower 학습 및 기억 연구소의 신경 과학자; 그의 실험실의 연구 계열사 인 Dimitris Pinotsis; 그리고 프린스턴 대학교의 조교수 인 티모시 부쉬 만 (Timothy Buschman)은 작업 메모리의 용량 제한을 너무 낮게 설정하는 것이 무엇인지 알고 싶었습니다.
그들은 이미 3 개의 뇌 영역 (전전두엽 피질, 정면 안과 필드 및 측면 intraparietal 영역이 포함 된 네트워크가 작업 기억에 활성화되어 있음을 이미 알고있었습니다. 그러나 그들은 아직 작업 메모리 한계를 초과하는 것을 기억하고 기억하지 않는 것 사이의 가파른 전이에 해당하는 신경 활동의 변화를 아직 관찰하지 못했습니다.
.그래서 그들은 Miller의 실험실이 몇 년 전에 수행 한 작업 메모리 테스트로 돌아 왔습니다. 연구원들은 원숭이가 일련의 화면을 보여주었습니다. 첫째, 일련의 색상 사각형 세트는 빈 화면을 간단히 뒤 따른 다음 이번에는 한 번의 사각형의 색상이 바뀌 었습니다. 동물은 스크린의 차이를 감지해야했습니다. 때로는 제곱의 수가 작업 메모리 용량 아래, 때로는 위에 떨어졌습니다. 원숭이의 두뇌에 깊숙이 배치 된 전극은 각각의 작업을 완료 할 때 다양한 뉴런의 개체군에 의해 생성 된 뇌파의 타이밍과 빈도를 기록했습니다.
이 파도는 본질적으로 활성화되고 동시에 조용해지는 수백만 개의 뉴런의 조정 된 리듬입니다. 뇌 영역이 시간과 주파수 모두에서 일치하는 진동을 나타 내면 동기화된다고합니다. 밀러는“그들은 함께 흥얼 거리는 것과 같습니다. "그리고 함께 윙윙 거리는 뉴런이 말하고 있습니다." 그는 교통 시스템에 비유합니다. 뇌의 물리적 연결은 도로와 고속도로처럼 작용하는 반면, 이러한 진동하는 뇌파에 의해 생성 된 공명 패턴은“허밍”이 함께 교통 흐름을 실제로 지시하는 신호등입니다. 이 설정, 연구원 가설은 어떻게 든 능동 네트워크를 경험의 더 단단한 표현에 "바인딩"하는 데 도움이되는 것 같습니다.
최근 작업에서 Miller와 그의 동료들은이 3 부 메모리 네트워크 기능에 대한 정보를 얻기 위해 원숭이에서 수집 한 진동 데이터를 채굴했습니다. 그들은 이전 연구, 즉 특정 신경 개체군의 위치와 행동 (예 :흥분성 또는 억제), 또는 특정 진동의 빈도를 기반으로 네트워크의 구조와 활동에 대한 가정을 통합 한 상세한 기계적 모델을 구축했습니다. 연구자들은 원숭이들이 점점 더 많은 항목을 기억해야했기 때문에 다른 뇌 영역이 대화의 방향과 강도를 포함하여 서로“말하는”방법에 대해 몇 가지 경쟁 가설을 생성했습니다. 그들은 이러한 계산을 실험 데이터와 비교하여 어떤 시나리오가 가장 가능성이 높은지 결정했습니다.
그들의 모델링은 3 개의 뇌 영역이 복잡한 캐치 게임에 참여한 Jugglers처럼 작용한다는 것을 확인했습니다. 전두엽 피질은이 모델을 하위 수준의 뇌 영역으로 전달하는 소위 "하향식"또는 피드백을 전송하는 세계의 내부 모델을 구성하는 데 도움이되는 것 같습니다. 한편, 피상적 인 정면 눈 필드와 측면 내 intraparietal 영역은 상향식 또는 피드 포워드 신호의 형태로 전두엽 피질의 더 깊은 영역에 원시 감각 입력을 보냅니다. 하향식 모델과 상향식 감각 정보의 차이로 인해 뇌는 경험이 무엇인지 파악하고 그에 따라 내부 모델을 조정할 수 있습니다.
Miller와 그의 동료들은 기억할 항목의 수가 원숭이의 작업 메모리의 용량을 초과했을 때 전전두엽 피질에서 다른 두 지역으로의 하향식 피드백 연결이 고장 났음을 발견했습니다. 반면에 피드 포워드 연결은 잘 유지되었습니다.
그룹의 모델에 따르면 피드백 신호의 약화는 뇌 영역 사이의 동기 손실로 이어졌습니다. 전두엽 피질의 예측 지향 통신이 없으면 작업 메모리 네트워크가 동기화되지 않았습니다.
모델 업데이트
그러나 왜 하향식 피드백이 기억할 항목 수의 증가에 너무 취약합니까? 연구원의 가설은 전전두엽 피질에서 나오는 모델링 된 정보는 본질적으로 뇌가 세계에서 인식 할 것인지에 대한 예측 세트를 나타냅니다. “예를 들어,이 문장을 읽을 때, 현재 단어, 문구 및 문장에 대한 기대가있을 것입니다. "현재 문장에 대한 표현이나 기대가 있다는 것은 과거와 미래를 암시 적으로 표현한다는 것을 의미합니다."
많은 신경 과학자들은 뇌가 일상적인인지 및 명령 기능을 수행하기 위해 감각 데이터의 이러한“예측 코딩”에 크게 의존한다고 생각합니다. 그러나 Miller와 그의 동료들은 작업 메모리에 배치 된 항목의 양이 너무 커질 때 해당 항목에 대한 가능한 예측 수를 피드백 신호로 쉽게 인코딩 할 수 없다고 이론화합니다. 결과적으로 피드백이 실패하고 과부하 된 작업 메모리 시스템이 무너집니다.
Miller의 실험실과 다른 사람들은 과학자의 작업 기억 모델에서 뇌파 사이의 상호 작용에 더 중요한 역할을 수행하기 위해 노력하고 있으며, 전통적으로 개별 뉴런의 발사 활동에 중점을 둡니다. 또한 현재 작업 메모리의 상한이 다른 숫자가 아닌 4-5 개의 항목을 사용하는 이유를 조사하고 있습니다. Miller는 뇌가 한 번에 하나씩 작업 기억으로 고정 된 항목을 교대로 저글링하고 있다고 생각합니다. "이것은 모든 정보가 하나의 뇌파에 맞아야한다는 것을 의미합니다." "하나의 뇌파의 용량을 초과하면 작업 기억의 한계에 도달했습니다."
.프랑스 국립 과학 연구 센터의 연구원 인 루핀 반 룰렌 (Rufin Vanrullen)은“이제이 모든 것이 우리를 데려 갈 곳입니다. "우리는 실제로 뇌에 들어가서 이러한 연결에 대한 더 직접적인 증거를 찾아야합니다."
잠재적 인 보상이 높습니다. 작업 기억을위한 예측 코딩 모델을 강화하면 뇌가 어떻게 작동하는지, 신경계 질환에서 무엇이 잘못 될 수 있는지 더 잘 이해할 수 있습니다. Friston에 따르면 그것은 또한“지능”과 자아의 의미에 대해서도 중요한 영향을 미칩니다. 처음에는 뇌의 피드백 연결이 수행하는 일을 더 잘 파악하면 인공 지능 연구에서 큰 단계로 이어질 수 있으며 현재 피드 포워드 신호 및 분류 알고리즘에 더 중점을 둡니다. Pinotsis는“그러나 때로는 시스템이 보는 것이 아니라 기억하는 것에 기초하여 결정을 내려야 할 수도 있습니다.
