.:: Neviditelný čert ::.

Mozek se může „pohybovat“ mezi souvisejícími myšlenkami stejným způsobem, jakým přechází z jednoho místa na druhé

rubrika: Populárně naučný koutek

Vědci pomocí matematického modelu zkoumali, jak lidský mozek pravděpodobně zpracovává informace o fyzických prostorech a o lidech, místech a věcech. Ukázalo se, že obě tyto kategorie zpracovává podobným způsobem. Abychom se zorientovali v novém městě, často využíváme mapy a orientační body k nalezení nejrychlejší a nejspolehlivější trasy mezi dvěma místy. Nový výzkum nyní ukazuje, že náš mozek možná používá podobné procesy k „navigaci“ mezi souvisejícími pojmy. Mozek vytváří tři kopie jedné vzpomínky.

Lucifer

Vědci vyvinuli matematický model, který zkoumá, jak mozek zpracovává prostorové i sémantické informace. Mezi sémantické informace patří znalosti o významu a důležitosti různých osob, míst a věcí; mozková aktivita související s těmito pojmy se objevuje jak v okamžiku, kdy člověk v reálném čase vidí osobu, místo nebo věc, tak i při jejich vybavování z paměti. Model ukázal, jak mohou být prostorové i sémantické informace reprezentovány ve stejných oblastech mozku – a to naznačuje, že mozek dokáže oba typy informací zpracovávat podobným způsobem, uvedli vědci 10. března 2025 v časopise PNAS.

Dvě části mozku, které se zaměřují na paměť a orientaci – hipokampus a entorhinální kůra – obsahují neurony, které se aktivují, když se lidé pohybují ve svém fyzickém okolí. Obsahují také neurony, které se aktivují v reakci na určité pojmy nebo myšlenky; tyto buňky se nazývají konceptuální buňky. To vedlo výzkumníky k domněnce, že tyto myšlenkové procesy by mohly souviset.

„Prostorové a konceptuální reprezentace, stejně jako sémantické a prostorové výpočty, se zdají být velmi odlišné,“ řekl pro Live Science spoluautor studie Tatsuya Haga, výpočetní neurovědec z Národního institutu informačních a komunikačních technologií v Japonsku. Sémantické a prostorové výpočty se týkají toho, jak mozek a počítače zpracovávají informace v těchto odlišných oblastech. „Mezi těmito dvěma odlišnými jevy však existuje souvislost,“ uvedl Haga. „Možná tedy mozek, zejména hipokampus a entorhinální kůra, využívá jeden princip k výpočtu mnoha věcí, včetně jazyka.“

Haga a jeho kolegové vyvinuli matematický model, který napodobuje určité funkce hipokampu, aby ukázali, jak tyto způsoby uvažování souvisejí. Model kombinuje dvě funkce, které pomáhají řídit, jak se centrum zpracování přesouvá z jednoho místa nebo myšlenky na druhé: reprezentaci nástupce, která předpovídá pravděpodobnost přesunu z jednoho fyzického prostoru do druhého, a vkládání slov, které zachycuje vztahy mezi slovy.

Tým poté požádal svůj model, aby se orientoval v simulovaném fyzickém nebo konceptuálním prostoru. „Fyzický“ prostor představoval simulovanou strukturu, někdy s oddělenými místnostmi, zatímco konceptuální prostor zahrnoval překonávání metaforické „vzdálenosti“ mezi souvisejícími slovy pomocí analogií. V reakci na tyto úkoly model vytvořil vzorce, které se podobají činnosti dvou druhů neuronů v hipokampu a entorhinální kůře: jednoho zapojeného do prostorového vnímání a druhého zapojeného do rozpoznávání pojmů.

Tým prokázal, že stejný algoritmus, který lze použít k orientaci ve virtuálních prostorech, dokáže zachytit i vztahy mezi souvisejícími pojmy, jako jsou země a jejich hlavní města. V tomto příkladu by model při přechodu od pojmu „Francie“ k pojmu „Berlín“ mohl nejprve aktivovat pojmovou buňku pro hlavní města, která by ho vedla od „Francie“ k „Paříži“, a poté aktivovat další buňku představující „Německo“, která by ho vedla k „Berlíně“.

„Když se snažíte orientovat v bludišti města, musíte mít nějakou mapu s orientačními body a směry,“ řekl pro Live Science Rob Mok, výpočetní neurovědec z Royal Holloway, University of London, který se na studii nepodílel. „A myšlenka je v tom, že to můžete dělat i při myšlení.“ Model dokáže využít různé analogie k překonání metaforické vzdálenosti mezi různými sémantickými pojmy. Nový matematický model ukazuje jeden z možných způsobů, jakým by lidský mozek mohl zpracovávat jak prostorové, tak sémantické informace. Nikdo však dosud neprokázal, zda skutečné mozky učí se a zpracovávají informace přesně stejným způsobem jako tento model. Haga doufá, že tento biologický mechanismus prozkoumá v rámci své budoucí práce pomocí modelů, které se více podobají biologickým mozkům.

Mozek vytváří tři kopie jedné vzpomínky

Nová studie, která vyšla v srpnu 22024 v časopise Science, odhaluje, že vzpomínka na konkrétní zážitek je uložena v několika paralelních „kopiích“. Ty se uchovávají po různou dobu, do určité míry se mění a někdy se v průběhu času vymažou, uvádějí vědci z Basilejské univerzity.

Schopnost proměnit zážitky ve vzpomínky nám umožňuje poučit se z minulosti a využít získané poznatky jako vzor pro adekvátní reakci na nové situace. Z tohoto důvodu, vzhledem k tomu, že se svět kolem nás mění, nemůže být tento model paměti pouhým statickým archivem „starých dobrých časů“. Musí být naopak dynamický, v průběhu času se měnit a přizpůsobovat se novým okolnostem, aby nám lépe pomáhal předvídat budoucnost a volit nejlepší postup. Jak mozek reguluje dynamiku vzpomínek, bylo záhadou – až do objevu více kopií vzpomínek.

Výzkumná skupina profesora Flavia Donata z Biozentrumu na Basilejské univerzitě využívá myší modely ke zkoumání toho, jak se vzpomínky ukládají v mozku a jak se v průběhu života mění. Jeho tým nyní odhalil, že v hipokampu, oblasti mozku zodpovědné za učení se ze zkušeností, je jedna událost uložena v paralelních kopiích vzpomínek v nejméně třech různých skupinách neuronů, které se objevují v různých fázích embryonálního vývoje.

Neurony, které se objevují jako první v průběhu vývoje, jsou zodpovědné za dlouhodobou stálost vzpomínky. Ačkoli je jejich kopie vzpomínky zpočátku příliš slabá na to, aby k ní měl mozek přístup, s postupem času se stává stále silnější. I u lidí může mít mozek přístup k takové vzpomínce teprve nějakou dobu po jejím zakódování.

Naproti tomu kopie vzpomínky na stejnou událost vytvořená neurony, které se objevily později, je zpočátku velmi silná, ale postupem času slábne, takže pokud člověk počká dostatečně dlouho, stane se taková kopie pro mozek nepřístupná. U neuronů, které se během vývoje objevují někde mezi těmito dvěma extrémy, lze pozorovat stabilnější kopii.

Překvapivě může být volba, která kopie se použije, spojena také s tím, jak snadné je paměť změnit – nebo ji použít k vytvoření nové. Vzpomínky uložené na krátkou dobu po jejich získání pozdně vzniklými neurony lze modifikovat a přepsat. To znamená, že vzpomínka na situaci krátce po jejím výskytu podněcuje pozdně vzniklé neurony k aktivaci a integraci aktuálních informací do původní paměti. Naopak vzpomínka na stejnou událost po dlouhé době podněcuje neurony vzniklé dříve k opětovné aktivaci za účelem vyvolání jejich kopie, avšak související vzpomínku již nelze snadno upravit. To, jak dynamicky se vzpomínky ukládají v mozku, je důkazem plasticity mozku, která je základem jeho obrovské paměťové kapacity.

Aktivace konkrétních kopií vzpomínek a načasování této aktivace mohou mít významný vliv na to, jak si vzpomínáme, jak měníme své vzpomínky a jak je využíváme. Na jedné straně si musí pamatovat, co se stalo v minulosti, aby nám pomohl porozumět světu, ve kterém žijeme. Na druhé straně se musí přizpůsobovat změnám, které se kolem nás odehrávají, a stejně tak i naše vzpomínky, aby nám pomohly činit správná rozhodnutí pro naši budoucnost.

Zdroje: