Компьютерная модель помогла лучше понять, как устроена человеческая память

Наш головной мозг — это очень странно устроенная сеть нейронов, которые формируют столь сложные структуры, что медики окончательно не разобрались в том, как они устроены, и по сей день. Но ученые не сдаются и не так давно благодаря старанию экспертов из Японии мы стали знать о человеческой памяти чуть больше. Причем ученым помогла сделать это особая компьютерная модель, которая очень точно воспроизвела функционирование нашей центральной нервной системы.

Наш мозг — очень сложно устроенный механизм

Как компьютер помог понять устройство мозга

По сообщению издания Science Daily, группа ученых из Института науки и техники Окинавы и Научно-исследовательского центра RIKEN создала искусственную нейронную сеть для моделирования работы мозга. В первую очередь их интересовало то, как устроена ассоциативная память. Ассоциативная память — это способность связывать несвязываемые элементы и хранить их в памяти вместе. Команда ученых использовала последовательно расположенные шаблоны информации для моделирования «процессов возникновения памяти» и обнаружила, что машина способна запоминать шаблоны, даже если те не похожи друг на друга. При этом шаблоны информации не «перемещались» из одного участка в другой. Между ними формировалась новая связь.

Эта простая модель показывает нам, как мозг обрабатывает фрагменты информации, приведенные в последовательном и не последовательном порядке, — объясняет профессор Томоки Фукай, один из руководителей проекта. Моделируя нейроны с помощью компьютеров, мы можем начать понимать, как происходит обработка памяти в нашем собственном сознании.

Одним из принципов формирования памяти является то, что клетки, которые вместе функционируют, образуют связи между собой и через какое-то время синхронизируются. Простой пример — обучение игре на музыкальных инструментах. Сначала нам сложно привыкнуть во всем этим аккордам и нотам, но со временем все системы головного мозга синхронизируются и мы приобретаем навык, о применении которого даже не задумываемся. Все происходит «само». Другой более простой пример — обучение речи, письму или ходьбе. Да и вообще, учиться чему-то новому — здорово. Для этого отлично подойдет наша страничка в Яндекс.Дзен.

Примерная схема устройства ассоциативной памяти. Овалы — кластеры информации, линии, соединяющие овалы — ассоциативные связи

Однако есть одна проблема в вышеописанной схеме — нейробиология считает, что для формирования связей и запоминания функции возбуждения и торможения ЦНС находятся в некоем балансе, смещенным в сторону возбуждения. Грубо говоря, для того, чтобы сформировать ассоциативную связь, ЦНС должна «работать быстрее». Звучит логично, но это оказалось не совсем так. В компьютерную модель, созданную учеными из Японии, были встроены функции возбуждения и торможения, причем последние могли действовать как локально, так и по всей нейросети. Оказалось, что именно тормозящие элементы позволяют модели запоминать шаблоны и формировать участки памяти.

Сейчас ученые нацелены на проведение дополнительных исследований, которые позволят подтвердить их выводы на практике. В конечном счете команда планирует перейти к более точной модели построения головного мозга и изучению процессов памяти, восприятия и избавления от нежелательных воспоминаний. Все это поможет не только в понимании функционирования ЦНС, но и в разработке методов борьбы с заболеваниями, сопровождающимися утратой памяти и умственных способностей.