Einfaches computermodell beleuchtet das schlafende gehirn


Einfaches computermodell beleuchtet das schlafende gehirn

Die Schlafwissenschaft hat sich in den letzten Jahrzehnten in Sprüngen und Grenzen entwickelt. Allerdings bleiben viele schwierige Fragen unbeantwortet und seine Funktion ist weit davon entfernt, vollständig verstanden zu werden. Die jüngsten Forschungen geben einen neuen Einblick in die Speicherverarbeitungsfunktionen von Schlaf.

Schlaf ist so geheimnisvoll wie es ist wichtig.

Charakterisiert durch verändertes Bewusstsein, gehemmte sensorische Aktivität und Muskelentspannung, praktisch alle Tiere brauchen Schlaf.

Die Menschen verbringen fast ein Drittel ihres ganzen Lebens.

Verbringen Sie eine riesige Menge an Zeit mit geschlossenen Augen, unempfänglich auf externe Reize ist ein gefährlicher Zeitvertreib; Besonders für Tiere, die auf der Speisekarte für lokale Raubtiere sind.

Denn der Schlaf, der sich in so vielen Arten entwickelt und bewahrt hat, muss für das Überleben eines Organismus lebenswichtig sein.

Der Schlaf wird manchmal als ähnlich der Bewusstlosigkeit angesehen, aber es ist ein ganz anderer Zustand des Seins.

Trotz äußerer Erscheinungen ist der Schlaf eine neurologisch geschäftige Zeit. Die elektrische Ausgabe aus dem Gehirn steigt und fällt in eine gut-orchestrierte Symphonie der Aktivität.

Die Funktion des Schlafes

Es gibt eine Anzahl von Theorien, die versuchen zu erklären, was während des Schlafes geschieht; Diese Theorien sind nicht unbedingt gegenseitig auszuschließen, und zweifellos gibt es noch andere Funktionen, die wir noch aufdecken müssen.

Einige Wissenschaftler theoretisieren, dass der Schlaf dem Gehirn eine Chance gibt, Abfälle aus der Flüssigkeit um Zellen, einschließlich Proteine, wie Amyloid beta, auszuräumen. Auch Schlaf scheint, um mit dem Immunsystem zusammenzuarbeiten, um die Heilungsfähigkeiten zu erhöhen. Zum Beispiel ist die Wundheilung bei Ratten langsamer, wenn sie schlaflos sind.

Darüber hinaus hat Schlaf tiefe Bindungen mit Gedächtnis. Eine Studie, die im Jahr 2007 veröffentlicht wurde, stellte fest, dass in einer Schlaf-benachteiligten Gruppe von Teilnehmern das Arbeitsspeicher um 38 Prozent reduziert wurde.

Forscher haben festgestellt, dass verschiedene Stadien des Schlafes und die Muster der neuronalen Aktivität, die sie schaffen eine wichtige Rolle bei der Gedächtniskonsolidierung spielen.

Eine neuere Untersuchung, veröffentlicht in PLOS Computational Biology , Um ein Rechenmodell zu schaffen, das diese Muster nachahmen könnte, um einen weiteren Einblick in die Gedächtnisfunktionen des Schlafes zu geben.

Muster im Schlaf

Einige Modelle des Schlafes basieren rein auf der Aktivität einzelner Neuronen, andere sind abstrakter und weniger detailliert; Beide Methoden haben ihre Vorteile und Fallstricke. Stattdessen nutzte die deutsche Mannschaft ein neuronales Massenmodell. In einem neuronalen Massenmodell wird die Aktivität einer kleinen Gruppe von Neuronen skaliert, um das Verhalten größerer Gruppen von Neuronen zu schätzen.

Wie die Autoren erklären: "Neuronale Massenmodelle stellen einen Kompromiss zwischen einem sehr detaillierten und einem abstrakten Modellierungsansatz dar."

In früheren Arbeiten haben die Forscher - Michael Schellenberger Costa und Arne Weigenand von der Universität Lübeck - die Aktivität der schlafenden Kortex, der äußersten Schicht des Gehirns, modelliert. Ihre letzte Studie hat sich auf diese Arbeit ausgeweitet.

Wissenschaftler haben vor kurzem festgestellt, dass Gedächtniskonsolidierung wahrscheinlich aus dem Zusammenspiel zwischen der Kortex und dem Thalamus kommen wird.

Der Thalamus befindet sich zwischen der Kortikalis und dem Mittelhirn und leitet sensorische und motorische Signale vom Körper zur Kortex weiter. Es hilft auch, Wachsamkeit, Bewusstsein und Schlaf zu regulieren.

Schlaf-Rhythmen werden im Thalamus erzeugt und dann durch Interaktion mit der Kortex synchronisiert. Der Thalamus scheint eine besonders wichtige Rolle bei der Herstellung und Kontrolle des langsamen Schlafes (SWS) zu spielen.

Speziell wollte das Team die Gehirnaktivität während der zweiten und dritten Stufe des NREM-Schlafes betrachten - nicht-schnelle Augenbewegungsschlaf. Bei NREM sind die EEG-Messungen besonders langsam aber mit einer hohen Spannung. Atmung und Herzfrequenz ist regelmäßig und langsam, Blutdruck sinkt, und kein Träumen findet statt.

Replikation der Speicherkonsolidierung

Das Team war in der Lage, thalamokortikale Kopplung (Talk zwischen der Kortex und Thalamus) in ihrem neuesten Modell und treu replizieren Speicher-bezogenen Schlaf-Muster. Um die Genauigkeit der erzeugten Muster zu bestätigen, haben sie erfolgreich ihre computergenerierten Muster mit EEG-Daten aus einer menschlichen Schlafstudie abgestimmt.

Bestimmte Stimulationstechniken (transkranielle elektrische und akustische Stimulation) sind bekannt, um die Gedächtniskonsolidierung während des Schlafes zu verbessern; Das Modell des Teams hat es auch geschafft, die EEG-Effekte dieser Techniken vorherzusagen, was die Genauigkeit des Modells noch weiter bestätigt.

Die Autoren schreiben:

Es ist faszinierend zu sehen, dass ein Modell mit nur wenigen Schlüsselmechanismen ausreicht, um die im Schlaf beobachteten komplexen Gehirnrhythmen zu reproduzieren."

Das Modell selbst ist relativ einfach, was bedeutet, dass es eine sehr nützliche Rolle in der zukünftigen Studie der Gedächtniskonsolidierung spielen wird. Schlaf-Wissenschaft ist eine schwierige Nuss zu knacken; Computational Modellierung ist ein unschätzbares Werkzeug, das gesetzt wird, um langsam zu öffnen, die Türen des Verstehens zu öffnen.

Lesen Sie mehr darüber, wie Schlaf den Speicher verbessert.

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