Yeni deneyimler, burada hiperboloid bir kum saati ile simgelenen, zamanla sinirsel temsillere emilir. Kredi: Salk Institute
Salk Institute’teki araştırmacılar, uzamsal algıdan sorumlu sinir ağlarının doğrusal olmayan bir şekilde değiştiğini ve Alzheimer hastalığı gibi nörodejeneratif durumlar için etkileri olabileceğini keşfetti.{8 }
Küçük çocuklar genellikle ayın onları kovaladığı veya gerçek mesafesinden çok daha yakın göründüğü için ona elleriyle dokunabilecekleri yanılgısına kapılırlar. Günlük hareketlerimiz sırasında, uzayda doğrusal bir şekilde gezindiğimizi düşünme eğilimindeyiz. Ancak, Salk Enstitüsü’ndeki bilim adamları, bir ortamı keşfederek vakit geçirmenin, nöral bağlantıların beklenmedik şekillerde gelişmesine neden olabileceğini keşfettiler.
Yakın zamanda Nature Neuroscience’da yayınlanan bir araştırmaya göre, hipokampusta çok önemli bir rol oynayan nöronlar mekansal navigasyon, hafıza ve planlamada, uzayı doğrusal olmayan hiperbolik geometri ile uyumlu bir şekilde temsil eder. Bu geometri türü, katlanarak genişleyen üç boyutlu bir genişlikle karakterize edilir (Başka bir deyişle, genişleyen bir kum saatinin içi şeklindedir).
Araştırmacılar, bu alanın boyutunun zamanla büyüdüğünü de buldular. bir yerde geçirdi. Ve boyut, beyin tarafından işlenmekte olan bilgideki mümkün olan en yüksek artışla eşleşen logaritmik bir şekilde artıyor.
Bu keşif, Alzheimer hastalığı gibi öğrenme ve hafızayı içeren nörobilişsel bozukluklarla ilgili verileri analiz etmek için değerli yöntemler sağlıyor.
Soldan: Huanqiu Zhang ve Tatyana Sharpee. Kredi: Salk Enstitüsü
“Çalışmamız, beynin her zaman doğrusal bir şekilde hareket etmediğini gösteriyor. Bunun yerine sinir ağları, hiperbolik geometri ve bilgi teorisi kullanılarak analiz edilebilen ve anlaşılabilen genişleyen bir eğri boyunca işlev görür,” diyor çalışmayı yöneten Salk Profesörü Edwin K. Hunter Kürsüsü’nün sahibi Tatyana Sharpee. “Beynin bu bölgesindeki nöral tepkilerin, belirli bir yerde geçirilen süreye bağlı olarak deneyimle genişleyen bir harita oluşturduğunu görmek heyecan verici. Etki, hayvan çevrede daha yavaş veya daha hızlı koştuğunda bile zamandaki küçük sapmalar için geçerliydi.”
Sharpee’nin laboratuvarı, beynin nasıl çalıştığını daha iyi anlamak için gelişmiş hesaplamalı yaklaşımlar kullanıyor. Yakın zamanda, koku molekülleri gibi biyolojik sinyallerin yanı sıra koku algısını daha iyi anlamak için hiperbolik geometrinin kullanımına öncülük ettiler.
Mevcut çalışmada, bilim adamları hiperbolik geometrinin nöral tepkilere de rehberlik ettiğini buldular. Duyusal moleküllerin ve olayların hiperbolik haritaları, hiperbolik nöral haritalarla algılanır. Uzay temsilleri, sıçanın her ortamı keşfetmek için harcadığı süre ile bağlantılı olarak dinamik olarak genişledi. Ve bir fare bir ortamda daha yavaş hareket ettiğinde, uzay hakkında daha fazla bilgi edindi ve bu da nöral temsillerin daha da büyümesine neden oldu.
“Bulgular, nöral temsillerin nasıl değiştirilebileceği konusunda yeni bir bakış açısı sağlıyor. Sharpee’nin laboratuvarında yüksek lisans öğrencisi olan Huanqiu Zhang, “diyor. “Çalışmamızda tanımlanan geometrik ilkeler, çeşitli beyin sistemlerindeki nöral etkinliği anlamada gelecekteki çabalara da rehberlik edebilir.”
“Hiperbolik geometrinin yalnızca kozmik ölçekte geçerli olduğunu düşünebilirsiniz, ancak bu doğru değil.” Sharpee diyor. “Beynimiz ışık hızından çok daha yavaş çalışıyor, bu da astronomik uzaylar yerine kavranabilir uzaylarda hiperbolik etkilerin görülmesinin bir nedeni olabilir. Daha sonra, beyindeki bu dinamik hiperbolik temsillerin nasıl büyüdüğü, etkileşim kurduğu ve birbirleriyle nasıl iletişim kurduğu hakkında daha fazla bilgi edinmek istiyoruz.”
Referans: “Hipokampal uzamsal temsiller, deneyimle genişleyen hiperbolik bir geometri sergiler” yazan Huanqiu Zhang, P. Dylan Rich, Albert K. Lee ve Tatyana O. Sharpee, 29 Aralık 2022, Nature Neuroscience.
DOI: 10.1038/s41593-022-01212-4
{6 }Araştırma, Amerikan Kalp Derneği ve Paul G. Allen Frontiers Group, Dorsett Brown Vakfı, Mary K. Chapman Vakfı, bir Aginsky Bursu aracılığıyla ortaklaşa verilen AHA-Allen Beyin Sağlığı ve Bilişsel Bozukluk Girişimi ödülü ile desteklenmiştir. Ulusal Bilim Vakfı, Ulusal Bilim Vakfı Nörobilim için Yeni Nesil Ağlar Programı, Ulusal Sağlık Enstitüleri ve Howard Hughes Tıp Enstitüsü.