VELIKO NAUČNO OTKRIĆE: Moždane ćelije astrociti mogle bi da objasne kapacitet skladištenja informacija

ISTRAŽIVAČI imaju novu hipotezu o tome kako moždane ćelije zvane astrociti mogu doprineti skladištenju memorije u mozgu, a njihov model, poznat kao gusta asocijativna memorija, pomogao bi da se objasni ogroman kapacitet skladištenja informacija u mozgu.

Foto Pixabay free images

Ljudski mozak sadrži oko 86 milijardi neurona, ćelija koje emituju električne signale koji pomažu mozgu da skladišti sećanja i šalje informacije i komande kroz mozak i nervni sistem, prenosi Science Daily.

Mozak, takođe, sadrži milijarde astrocita - ćelija u obliku zvezde sa mnogo dugih produžetaka koji im omogućavaju interakciju sa milionima neurona.

Iako se dugo smatralo da su to uglavnom ćelije podrške, nedavne studije sugerišu da astrociti mogu igrati ulogu u skladištenju memorije i drugim kognitivnim funkcijama.

Istraživači sa Masačusetskog tehnološkog instituta su, naime, sada izneli novu hipotezu o tome kako astrociti mogu doprineti skladištenju memorije.

Njihova studija, pomogla bi da se objasni ogroman kapacitet skladištenja mozga, koji je mnogo veći nego što bi se očekivalo korišćenjem samo neurona.

Žan-Žak Slotin, profesor mašinstva i nauka o mozgu i kognitivnim naukama na Masačusetskom tehnološkom institutu objašnjava da se prvobitno verovalo da astrociti samo čiste prostor oko neurona, ali nema posebnog razloga zašto evolucija nije shvatila da se mogu koristiti i za računanje pošto svaki astrocit može da kontaktira stotine hiljada sinapsi.

Foto Pixabay free images

Astrociti imaju razne pomoćne funkcije u mozgu: čiste ostatke, obezbeđuju hranljive materije neuronima i pomažu u obezbeđivanju adekvatnog snabdevanja krvlju.

Astrociti takođe šalju mnogo tankih pipaka, poznatih kao nastavci, koji se mogu obaviti oko jedne sinapse – spojeva gde dva neurona međusobno interaguju, stvarajući trodelnu sinapsu.

U poslednjih nekoliko godina, neuronaučnici su pokazali da ako su veze između astrocita i neurona u hipokampusu poremećene, skladištenje i pronalaženje memorije su oštećeni.

Za razliku od neurona, astrociti ne mogu da generišu akcione potencijale, električne impulse koji prenose informacije kroz mozak.

Međutim, oni mogu da koriste kalcijumovu signalizaciju za komunikaciju sa drugim astrocitima.

Tokom poslednjih nekoliko decenija, kako se rezolucija snimanja kalcijuma poboljšavala, istraživači su otkrili da kalcijumova signalizacija takođe omogućava astrocitima da koordiniraju svoju aktivnost sa neuronima u sinapsama sa kojima se povezuju.

Ove studije sugerišu da astrociti mogu da detektuju neuronsku aktivnost, što ih dovodi do promene sopstvenih nivoa kalcijuma.

Te promene mogu da podstaknu astrocite da oslobađaju gliotransmitere - signalne molekule slične neurotransmiterima, u sinapsu.

Leo Kozačkovv autor rada "Kapacitet pamćenja koji je objavljen 23. maja u Zborniku radova Nacionalne akademije nauka objašnjava da postoji zatvoreni krug između neuronske signalizacije i signalizacije od astrocita do neurona.

Ističe da je, međutim, nepoznato kakve proračune astrociti mogu da urade sa informacijama koje osećaju od neurona.

Tim sa Masačusetskog tehnološkog instituta je krenuo da modelira šta bi te veze mogle da rade i kako bi mogle da doprinesu skladištenju memorije.

Njihov model je zasnovan na Hopfildovim mrežama - vrsti neuronske mreže koja može da skladišti i priseća se obrazaca.

Hopfildove mreže, koje je prvobitno razvio Džon Hopfild 1970-ih i 1980-ih, često se koriste za modeliranje mozga, ali je pokazano da ove mreže ne mogu da skladište dovoljno informacija da bi objasnile ogroman memorijski kapacitet ljudskog mozga.

Novija, modifikovana verzija Hopfildove mreže, poznata kao gusta asocijativna memorija, može da skladišti mnogo više informacija putem višeg reda sprezanja između više od dva neurona.

Međutim, nije jasno kako bi mozak mogao da implementira ova sprezanja višeg broja neurona na hipotetičkoj sinapsi, pošto konvencionalne sinapse povezuju samo dva neurona: presinaptičku ćeliju i postsinaptičku ćeliju.

Tu dolaze do izražaja astrociti.

Dmitrij Krotov istraživač na Masačusetskom tehnološkom institutu objašnjava da ako imate mrežu neurona koji se spajaju u parovima, postoji samo veoma mala količina informacija koju možete da kodirate u tim mrežama.

-Da biste izgradili gusta asocijativna sećanja, potrebno je da spojite više od dva neurona. Pošto se jedan astrocit može povezati sa mnogim neuronima i mnogim sinapsama, primamljivo je pretpostaviti da bi mogao postojati prenos informacija između sinapsi posredovan ovom biološkom ćelijom. To je bila najveća inspiracija za nas da istražimo astrocite i navelo nas je da počnemo da razmišljamo o tome kako da izgradimo gusta asocijativna sećanja u biologiji, dodaje Krotov.

Model asocijativnog pamćenja neurona i astrocita koji su istraživači razvili u svom novom radu može da skladišti znatno više informacija nego tradicionalna Hopfildova mreža, više nego dovoljno da objasni kapacitet pamćenja mozga.

Opsežne biološke veze između neurona i astrocita nude podršku ideji da bi ova vrsta modela mogla da objasni kako funkcionišu sistemi za skladištenje memorije u mozgu, kažu istraživači.

Oni pretpostavljaju da su unutar astrocita sećanja kodirana postepenim promenama u obrascima protoka kalcijuma.

Ove informacije se prenose neuronima gliotransmiterima koji se oslobađaju na sinapsama sa kojima se astrocitni procesi povezuju.

Kozačkov navodi da se pažljivom koordinacijom ove dve stvari, prostorno-vremenskog obrasca kalcijuma u ćeliji, a zatim i signalizacije nazad do neurona, može dobiti tačna dinamika koja je potrebna za ovaj masovno povećani kapacitet memorije.

Jedna od ključnih karakteristika novog modela je da tretira astrocite kao skupove procesa, a ne kao jedan entitet.

Svaki od tih procesa može se smatrati jednom računarskom jedinicom.

Zbog visokih mogućnosti skladištenja informacija gustih asocijativnih memorija, odnos količine uskladištenih informacija i broja računarskih jedinica je veoma visok i raste sa veličinom mreže.

Ovo čini sistem ne samo kapacitetnim, već i energetski efikasnim.

Da bi testirali da li ovaj model može tačno da predstavi način na koji mozak skladišti pamćenje, istraživači bi mogli da pokušaju da razviju načine za preciznu manipulaciju vezama između procesa astrocita, a zatim da posmatraju kako te manipulacije utiču na funkciju pamćenja.

Pored toga što nudi uvid u to kako mozak može da skladišti pamćenje, ovaj model bi takođe mogao da pruži smernice istraživačima koji rade na veštačkoj inteligenciji.

Variranjem povezanosti mreže između procesa, istraživači bi mogli da generišu ogroman raspon modela koji bi se mogli istražiti u različite svrhe, na primer, stvarajući kontinuum između gustih asocijativnih sećanja i mehanizama pažnje u velikim jezičkim modelima.

Slotin ističe da, iako je neuronauka u početku inspirisala ključne ideje u veštačkoj inteligenciji, poslednjih 50 godina istraživanja neuronauke imalo je mali uticaj na ovu oblast, a mnogi moderni algoritmi veštačke inteligencije su se udaljili od neuronskih analogija.

-U tom smislu, ovaj rad bi mogao biti jedan od prvih doprinosa veštačkoj inteligenciji zasnovanih na nedavnim istraživanjima neuronauke, dodaje on.

(Tanjug)

BONUS VIDEO - PONUDA NA SAJMU AUTOMOBILA: Pogledajte kako izgledaju novi modeli

Preporučujemo

Svet

0 6

KAKO KAFA UTIČE NA TELO I MOZAK; Naučnici dali odgovor

01. 06. 2025. u 00:00

Panorama

0 0

RUSKI NAUČNIK: Na Suncu zabeležen najjači izbačaj solarnog materijala u 2025.

31. 05. 2025. u 23:00

Dr Novosti

0 0

MEDICINSKA REVOLUCIJA U KINI: Prva domaća devetovalentna vakcina protiv HPV-a

30. 05. 2025. u 11:29

Panorama

0 1

KAKO ZAPRAVO MIRIŠE SVEMIR? Naučnici dali odgovor

29. 05. 2025. u 01:23

Pratite nas i putem iOS i android aplikacije