当我们睡觉时,一个大脑区域另一个“教”

W帽子做的睡眠阶段发挥作用在形成记忆吗?“我们已经认识很长一段时间,有用的学习发生在睡眠中,”说宾夕法尼亚大学神经系统科学家安娜·夏皮罗。“你编码新体验当你醒了,你去睡觉,当你醒来你的记忆在某种程度上已被改变了。”

然而正是新体验如何处理在睡眠中仍是一个谜。他们建造了使用神经网络计算模型,夏皮罗,潘博士学位的学生Dhairyya辛格,普林斯顿大学的肯尼斯·诺曼现在有新的见解。

在发表的研究美国国家科学院院刊》上,他们表明大脑周期慢波和快速运动(REM)睡眠,每晚发生约5倍,海马体教大脑皮层它学会了什么,把小说,短暂的信息转化为持久的记忆。

“这不仅是一个模型的学习在当地电路在大脑中。这是一个大脑区域如何教另一个大脑区域在睡眠期间,当从外部世界没有指导,”夏皮罗说,在宾夕法尼亚大学的助理教授心理学系。”这也是一个建议如何学习优雅地随着时间的推移我们的环境变化。”

广泛地说,夏皮罗的研究人类学习和记忆,特别是人们如何获取和整合新信息。她长期认为睡眠起到一定的作用在这里,她和她的团队已经在实验室里进行了测试,记录在大脑中作为参与者的睡眠会发生什么。

她的团队还建立神经网络模型来模拟学习和记忆功能。对于这个工作具体来说,夏皮罗和他的同事建立了一个神经网络模型组成的海马体,大脑的新记忆中心,负责学习世界日常情景信息,和大脑皮层,负责方面和语言一样,更高层次的认知,更永久的记忆存储。在模拟睡眠期间,研究人员可以观察和记录模拟神经元火在这两个领域,然后分析这些活动模式。

团队跑一些睡眠模拟使用brain-inspired他们建立学习算法。模拟显示,在慢波睡眠阶段,大脑主要回顾最近事件和数据,海马体的指导下,在REM睡眠期间,主要是重播发生了什么以前,遵循记忆存储的皮层区域。

”这两个大脑区域连接在非快速眼动睡眠期,当海马体是教学大脑皮层,”辛格说,夏皮罗的实验室的博士生二年级。”然后,在快速眼动阶段,大脑皮层复活,可以回放它已经知道什么,“固化数据的保存在长期记忆。

两者之间的交替睡眠阶段也很重要,他说。“当大脑皮层没有机会重放自己的信息,我们可以看到,信息被覆盖。我们认为你需要交替快速眼动和非快速眼动睡眠期发生强烈的记忆形成的。”

研究结果符合的,虽然仍然是理论方面的模型。“我们仍然需要测试这个,”夏皮罗说。”之一,我们的下一个步骤将是运行实验理解快速眼动睡眠是否真正把旧的记忆影响,可能会对新信息集成到您的现有知识。”

因为当前的模拟是基于一个典型的成人健康的睡眠,他们不一定转移到其他类型的成人或平常的睡眠习惯。他们也不提供洞察与孩子发生了什么,他们需要不同的数量和类型比成人的睡眠。

夏皮罗说她看到潜力巨大突出模型来回答这些问题。“有这样的工具可以让你在很多方向,特别是因为睡眠结构改变整个寿命和各种疾病,我们可以模拟模型中的这些变化,”她说。

从长远来看,在内存中更好地理解睡眠阶段的作用可以帮助治疗精神和神经系统疾病,睡眠不足是一个症状。辛格说,也可以对深度学习和人工智能的影响。“我们的生物启发算法可以为更强大的离线记忆过程提供新的方向在人工智能系统中,”他说。这个概念验证工作连接睡眠和记忆形成移动这些目标更近一步。

参考:辛格D,诺曼KA,夏皮罗AC。自治之间的相互作用的模型海马和皮层驾驶睡眠记忆的巩固。Proc。国家的。学会科学。2022;119 (44):e2123432119。doi:10.1073 / pnas.2123432119

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