깨어있는 순간마다, 우리 인간과 다른 동물들은 과거와 현재에 대한 우리의 인식의 가장자리에서 균형을 이루어야합니다. 우리는 이전의 관찰 또는 사건에 대한 단기 기억을 유지하면서 우리 주변의 세계에 대한 새로운 감각 정보를 흡수해야합니다. 우리의 주변 환경을 이해하고, 배우고, 행동하고, 생각하는 것이 우리 모두는 지각과 기억 사이의 끊임없는 민첩한 상호 작용에 달려 있습니다.
그러나 이것을 달성하기 위해 뇌는 두 가지를 뚜렷하게 유지해야합니다. 그렇지 않으면, 들어오는 데이터 스트림은 이전 자극의 표현을 방해하고 중요한 맥락 정보를 덮어 쓰거나 잘못 해석하게 할 수 있습니다. 그 도전 과제를 복합적으로, 연구의 본문은 뇌가 단기 기억 기능 기능을 전두엽 피질과 같은 높은인지 영역으로 독점적으로 분할하지 못한다는 것을 암시한다. 대신, 경험을 감지하고 나타내는 감각 영역과 다른 하부 피질 센터도 그 기억을 인코딩하고 저장할 수 있습니다. 그럼에도 불구하고 그 기억은 현재에 대한 우리의 인식에 침입하거나 새로운 경험에 의해 무작위로 다시 작성 될 수 없습니다.
Nature Neuroscience 에 최근 출판 된 논문 마지막으로 뇌의 보호 완충이 어떻게 작동하는지 설명 할 수 있습니다. 한 쌍의 연구자들은 상호 간섭없이 전류와 과거의 자극을 동시에 표현하기 위해 뇌가 본질적으로 감각 정보를 "회전"하여 그것을 기억으로 인코딩한다는 것을 보여 주었다. 그런 다음 두 개의 직교 표현은 서로를 침해하지 않고 겹치는 신경 활동에서 끌어들일 수 있습니다. 이 메커니즘의 세부 사항은 메모리 처리에 대한 몇 가지 오랜 토론을 해결하는 데 도움이 될 수 있습니다.
프린스턴 대학교의 신경 과학자 인 티모시 부쉬 만 (Timothy Buschman)과 실험실의 대학원생 인 알렉산드라 리비 (Alexandra Libby)는 뇌가 새로운 정보와 단기 기억이 흐려지는 것을 방지하는 방법을 알아 내기 위해 마우스의 청각 인식에 초점을 맞추기로 결정했습니다. 그들은 Buschman이“최악의 콘서트”라고 불렀던 것에서 동물들이 4 개의 코드 시퀀스를 계속해서 계속 들었습니다.
.이 서열은 마우스가 특정 코드 사이의 연관성을 확립 할 수있게하여, 하나의 초기 코드와 다른 코드를 들었을 때, 그들이 무엇을 따를 지 예측할 수 있었다. 한편, 연구원들은이 청취 세션 동안 설치류의 청각 피질에서 기록 된 신경 활동을 분석하기 위해 머신 러닝 분류기를 훈련시켜 뉴런이 각 자극을 순서대로 어떻게 표현했는지를 결정했습니다.
.Buschman과 Libby는 마우스가 연관성을 구축함에 따라 이러한 패턴이 어떻게 바뀌 었는지 지켜 보았습니다. 그들은 시간이 지남에 따라 관련 화음의 신경 표현이 서로 닮기 시작했음을 발견했습니다. 그러나 그들은 낯선 코드 시퀀스와 같은 새로운 예상치 못한 감각 입력이 이전 입력의 표현을 덮어 써서 듣고있는 것에 대한 마우스의 표현을 방해 할 수 있음을 관찰했습니다. 뉴런은 소급 적으로 과거 자극을 인코딩하여 나중에 자극과 관련된 동물과 일치하는 것과 일치했습니다.
연구원들은 정확한 기억을 보존하기 위해이 소급 간섭을 위해 뇌가 어떻게 교정 해야하는지 결정하고 싶었습니다. 그래서 그들은 다른 분류 자에게 시퀀스에서 화음의 기억을 나타내는 신경 패턴을 식별하고 구별하기 위해 훈련했습니다. 예를 들어, 예기치 않은 코드가보다 친숙한 순서와 비교했을 때 뉴런이 발사되는 방식. 분류기는 오래된 연관성을 유지하기 위해 소급한“수정”이 아닌 실제 코드의 기억에서 온전한 활동 패턴을 찾았습니다. 그러나 그 메모리 인코딩은 감각적 표현과는 매우 다르게 보였습니다.
.메모리 표현은 신경 과학자가 동일한 뉴런 집단 내에서 감각 표현에 대한 "직교"차원으로 묘사 한 내용에서 구성되었다. Buschman은 종이에 필기 메모를 작성하는 동안 방이 떨어지는 데 비유했습니다. 이런 일이 발생하면“종이 조각을 90도를 회전시키고 여백을 쓰기 시작할 것”이라고 그는 말했다. “그리고 그것은 기본적으로 뇌가하는 일입니다. 그것은 첫 번째 감각 입력을 얻고 종이 조각에 쓰여진 다음 종이 조각을 90도 회전시켜 방해하거나 문자 그대로 덮어 쓰지 않고 새로운 감각 입력으로 쓸 수 있습니다.”
.다시 말해, 감각 데이터는 뉴런 발사 패턴의 변형을 통해 기억으로 변환되었다. 이 연구에 관여하지 않은 캘리포니아 캘리포니아 대학의인지 신경 과학자 인 Anastasia Kiyonaga는“정보는 보호되어야하기 때문에 변경됩니다.
뇌의 정보를 분리하고 보호하기 위해 직교 코딩의 이러한 사용은 이전에 보았습니다. 예를 들어, 원숭이가 움직일 준비를 할 때, 운동 피질의 신경 활동은 잠재적 인 움직임을 나타내지 만, 근육에 실제 명령을 유도하는 신호를 방해하지 않도록 직교적으로 그렇게합니다.
그럼에도 불구하고 종종 신경 활동이 어떻게 이런 식으로 변형되는지는 명확하지 않았습니다. Buschman과 Libby는 마우스의 청각 피질에서 관찰 한 것에 대해 그 질문에 대답하고 싶었습니다. Libby는“실험실에서 처음 시작했을 때 신경 발사 활동에서 그런 일이 어떻게 일어날 수 있는지 상상하기가 어려웠습니다. 그녀는“신경망 이이 직교성을 만들기 위해하고있는 일의 블랙 박스를 열고 싶었습니다.”
실험적으로 가능성을 통해 선별하면서, 그들은 청각 피질에서 뉴런의 다른 서브 세트가 독립적으로 감각 및 기억 표현을 처리 할 가능성을 배제했다. 대신에, 그들은 동일한 일반 집단의 뉴런 집단이 관여했으며 뉴런의 활동이 두 가지 범주로 깔끔하게 나눌 수 있음을 보여 주었다. 일부는 감각과 기억 표현 모두에서 그들의 행동에서“안정”이었고, 다른“스위칭”뉴런은 각각의 사용에 대한 응답 패턴을 뒤집었다.
.연구원들의 놀랍게도, 이러한 안정성과 스위칭 뉴런의 이러한 조합은 감각 정보를 회전시키고 메모리로 변환하기에 충분했습니다. Buschman은“이것은 마법 전체입니다
실제로, 그와 Libby는 계산 모델링 접근법을 사용 하여이 메커니즘이 감각과 기억의 직교 표현을 구축하는 가장 효율적인 방법이라는 것을 보여주었습니다. 대안보다 뉴런이 적고 에너지가 적습니다.
Buschman과 Libby의 연구 결과는 신경 과학의 새로운 경향에 영향을 미칩니다. 감각적 인 지역에서도 뉴런의 집단은 이전에 생각했던 것보다 더 풍부한 역동적 인 코딩에 관여하고 있습니다. 새로운 연구에 참여하지 않은 서 섹스 대학교의 신경 과학자 인 미구엘 마라발 (Miguel Maravall)은“먹이 사슬이 낮은 피질의 부분은 우리가 지금까지 정말 감사하지 않은 흥미로운 역학이 장착되어있다.
이 작업은 일정한, 지속적인 표현 또는 시간이 지남에 따라 변화하는 역동적 인 신경 코드를 통해 단기 기억이 유지되는지에 대한 지속적인 논쟁의 양면을 조정하는 데 도움이 될 수 있습니다. Buschman은“우리의 결과는 기본적으로 둘 다 옳았다는 것을 보여줍니다.”라고 Buschman은 말했다. 프로세스의 조합은 "실제로 간섭을 방지 하고이 직교 회전을 수행하는 데 도움이되기 때문에 유용합니다."
Buschman과 Libby의 연구는 감각적 표현 이상의 상황과 관련이있을 수 있습니다. 그들과 다른 연구자들은 다른 과정 에서이 직교 회전 메커니즘을 찾기를 희망합니다. 뇌가 한 번에 여러 생각이나 목표를 추적하는 방법에서; 산만 함을 다루면서 작업에 관여하는 방식에서; 그것이 내부 상태를 대표하는 방식에서; 주의 과정을 포함하여 인식을 통제하는 방법
Buschman은“정말 흥분됩니다. 다른 연구자들의 연구를 살펴보면“나는 단지 안정된 뉴런이 있고, 스위칭 뉴런이 있다는 것을 기억합니다! 당신은 지금 그들을 모든 곳에서 볼 수 있습니다.”
Libby는 인공 지능 연구에 대한 결과의 영향, 특히 멀티 태스킹에 필요한 AI 네트워크에 유용한 아키텍처 설계에 관심이 있습니다. "나는 신경망의 신경 네트워크에서 뉴런을 사전 할산을 미리 할당하는 사람들이 임의의 특성 대신 안정적이고 스위칭 특성을 갖도록 네트워크를 어떤 식 으로든 도움이되었는지보고 싶다"고 그녀는 말했다.
Maravall은“이런 종류의 정보 코딩의 결과는 정말 중요하고 알아내는 데 정말 흥미로울 것입니다.”라고 Maravall은 말했습니다.
