Model komputer membantu memahami ingatan manusia – Sains Terkini


Otak adalah jaringan rumit dari sirkuit yang tumpang tindih – beberapa jalur mendorong aktivitas sementara yang lain menekannya. Sementara studi sebelumnya lebih fokus pada sirkuit rangsang, sirkuit penghambat sekarang dipahami memainkan peran yang sama pentingnya dalam fungsi otak. Para peneliti di Okinawa Institute of Science dan Technology Graduate University (OIST) dan RIKEN Center for Brain Science telah menciptakan jaringan buatan untuk mensimulasikan otak, menunjukkan bahwa bermain-main dengan sirkuit penghambat menyebabkan memori yang lebih lama.

Memori asosiatif adalah kemampuan untuk menghubungkan item yang tidak terkait dan menyimpannya dalam memori – untuk mengaitkan item yang terjadi bersamaan sebagai satu episode. Dalam penelitian ini, diterbitkan di Surat Tinjauan Fisik, tim menggunakan pola yang diatur secara berurutan untuk mensimulasikan memori, dan menemukan bahwa komputer mampu mengingat pola yang mencakup episode yang lebih lama ketika model memperhitungkan sirkuit penghambat. Mereka terus menjelaskan bagaimana temuan ini dapat diterapkan untuk menjelaskan otak kita sendiri.

"Model pemrosesan sederhana ini menunjukkan kepada kita bagaimana otak menangani potongan-potongan informasi yang diberikan dalam urutan serial," jelas Profesor Tomoki Fukai, kepala Neural Coding dan Brain Computing Unit OIST, yang memimpin penelitian dengan kolaborator RIKEN Dr. Tatsuya Haga. "Dengan memodelkan neuron menggunakan komputer, kita dapat mulai memahami pemrosesan memori dalam pikiran kita sendiri."

Turunkan Hambatan Anda

Berpikir tentang otak dalam hal fenomena fisik, non-biologis sekarang merupakan pendekatan yang diterima secara luas dalam ilmu saraf – dan banyak ide yang diangkat dari fisika kini telah divalidasi dalam penelitian pada hewan. Salah satu ide tersebut adalah memahami sistem memori otak sebagai jaringan penarik, sekelompok node yang terhubung yang menampilkan pola aktivitas dan cenderung ke arah kondisi tertentu. Gagasan jaringan penarik ini menjadi dasar penelitian ini.

Prinsip neurobiologi adalah bahwa "sel-sel yang terbakar bersama-sama menyatu" – neuron yang aktif pada saat yang sama menjadi tersinkronisasi, yang sebagian menjelaskan bagaimana otak kita berubah seiring waktu. Dalam model mereka, tim menciptakan sirkuit rangsang – pola neuron yang saling menembak – untuk mereplikasi otak. Model tersebut mencakup banyak sirkuit rangsang yang tersebar di seluruh jaringan.

Lebih penting lagi, tim memasukkan sirkuit penghambat ke dalam model. Berbagai sirkuit penghambat bertindak secara lokal pada sirkuit tertentu, atau secara global di seluruh jaringan. Sirkuit memblokir sinyal yang tidak diinginkan dari mengganggu sirkuit rangsang, yang kemudian lebih mampu menembak dan menyatukan. Sirkuit penghambatan ini memungkinkan sirkuit rangsang untuk mengingat pola yang mewakili episode yang lebih panjang.

Temuan ini sesuai dengan apa yang saat ini diketahui tentang hippocampus, wilayah otak yang terlibat dalam memori asosiatif. Diperkirakan bahwa keseimbangan aktivitas rangsang dan penghambatan adalah apa yang memungkinkan asosiasi baru terbentuk. Aktivitas penghambatan dapat diatur oleh bahan kimia yang disebut asetilkolin, yang diketahui memainkan peran dalam memori dalam hippocampus. Model ini adalah representasi digital dari proses ini.

Namun, tantangan terhadap pendekatan ini adalah penggunaan sampling acak. Banyaknya kemungkinan output, atau status penarik, dalam jaringan, terlalu banyak kapasitas memori komputer. Alih-alih, tim harus bergantung pada pilihan output, bukan review sistematis dari setiap kombinasi yang mungkin. Ini memungkinkan mereka untuk mengatasi kesulitan teknis tanpa membahayakan prediksi model.

Secara keseluruhan, penelitian ini memungkinkan untuk kesimpulan menyeluruh – neuron penghambat memiliki peran penting dalam memori asosiatif, dan ini memetakan apa yang mungkin kita harapkan dalam otak kita sendiri. Fukai mengatakan bahwa studi biologi perlu diselesaikan untuk menentukan validitas yang tepat dari pekerjaan komputasi ini. Kemudian, akan dimungkinkan untuk memetakan komponen simulasi ke rekan-rekan biologis mereka, membangun gambar yang lebih lengkap dari hippocampus dan memori asosiatif.

Tim selanjutnya akan bergerak di luar model sederhana menuju model dengan parameter tambahan yang lebih baik mewakili hippocampus, dan melihat kepentingan relatif dari sirkuit penghambat lokal dan global. Model saat ini terdiri dari neuron yang mati atau hidup – nol dan satu. Model masa depan akan mencakup dendrit, cabang yang menghubungkan neuron dalam jaring yang rumit. Simulasi yang lebih realistis ini akan ditempatkan lebih baik untuk membuat kesimpulan tentang otak biologis.

You may also like...

Leave a Reply

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.