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.

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.

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.