Los cerebros son una red confusa de circuitos superpuestos: algunas vías fomentan la actividad mientras que otras la suprimen. Mientras que los estudios anteriores se centraron más en los circuitos excitadores, ahora se entiende que los circuitos inhibitorios juegan un papel igualmente importante en la función cerebral. Investigadores del Instituto Okinawade la Universidad de Graduados de Ciencia y Tecnología OIST y el Centro RIKEN para la Ciencia del Cerebro han creado una red artificial para simular el cerebro, demostrando que jugar con circuitos inhibitorios conduce a una memoria extendida.
La memoria asociativa es la capacidad de conectar elementos no relacionados y almacenarlos en la memoria, para asociar elementos concurrentes como un solo episodio. En este estudio, publicado en Cartas de revisión física , el equipo utilizó patrones ordenados secuencialmente para simular una memoria, y descubrió que una computadora puede recordar patrones que abarcan un episodio más largo cuando el modelo tiene en cuenta los circuitos inhibitorios. Continúan explicando cómo se podría aplicar este hallazgo para explicarnuestros propios cerebros
"Este modelo simple de procesamiento nos muestra cómo el cerebro maneja las piezas de información dadas en un orden en serie", explica el profesor Tomoki Fukai, jefe de la Unidad de Computación Cerebral y Codificación Neural de OIST, quien dirigió el estudio con el Dr. Tatsuya, colaborador de RIKENHaga. "Al modelar neuronas usando computadoras, podemos comenzar a comprender el procesamiento de la memoria en nuestras propias mentes".
Baje sus inhibiciones
Pensar en el cerebro en términos de fenómenos físicos y no biológicos es ahora un enfoque ampliamente aceptado en neurociencia, y muchas ideas extraídas de la física ahora se han validado en estudios con animales. Una de esas ideas es entender el sistema de memoria del cerebro como unred de atractores, un grupo de nodos conectados que muestran patrones de actividad y tienden hacia ciertos estados. Esta idea de redes de atractores formó la base de este estudio.
Un principio de la neurobiología es que "las células que se disparan juntas se unen" - las neuronas que están activas al mismo tiempo se sincronizan, lo que explica en parte cómo nuestros cerebros cambian con el tiempo. En su modelo, el equipo creó circuitos excitadores -patrones de neuronas que se disparan juntas, para replicar el cerebro. El modelo incluía muchos circuitos excitadores diseminados por una red.
Más importante aún, el equipo insertó circuitos inhibitorios en el modelo. Diferentes circuitos inhibitorios actúan localmente en un circuito en particular, o globalmente a través de la red. Los circuitos bloquean las señales no deseadas que interfieren con los circuitos excitadores, que luego pueden disparar ycableados juntos. Estos circuitos inhibitorios permitieron que los circuitos excitadores recordaran un patrón que representa un episodio más largo.
El hallazgo coincide con lo que se sabe actualmente sobre el hipocampo, una región del cerebro involucrada en la memoria asociativa. Se cree que un equilibrio de actividad excitadora e inhibidora es lo que permite que se formen nuevas asociaciones. La actividad inhibitoria podría ser regulada por un químico llamado acetilcolina, que se sabe que juega un papel en la memoria dentro del hipocampo. Este modelo es una representación digital de estos procesos.
Sin embargo, un desafío para el enfoque es el uso de muestreo aleatorio. El gran número de salidas posibles, o estados atractores, en la red, sobrecarga la capacidad de memoria de una computadora. El equipo tuvo que confiar en una selección de salidas,en lugar de una revisión sistemática de todas las combinaciones posibles, lo que les permitió superar una dificultad técnica sin poner en peligro las predicciones del modelo.
En general, el estudio permitió inferencias generales: las neuronas inhibidoras tienen un papel importante en la memoria asociativa, y esto se corresponde con lo que podríamos esperar en nuestros propios cerebros. Fukai dice que los estudios biológicos deberán completarse para determinar la validez exactade este trabajo computacional. Entonces, será posible asignar los componentes de la simulación a sus contrapartes biológicas, construyendo una imagen más completa del hipocampo y la memoria asociativa.
El equipo pasará más allá de un modelo simple hacia uno con parámetros adicionales que represente mejor el hipocampo, y analizará la importancia relativa de los circuitos inhibitorios locales y globales. El modelo actual comprende neuronas que están apagadas o encendidas.un futuro modelo incluirá dendritas, las ramas que conectan las neuronas en una malla complicada. Esta simulación más realista será aún mejor para sacar conclusiones sobre cerebros biológicos.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Posgrado del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa OIST . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cita esta página :