Esileht > ajuteadus, huvitavad küsimused > Meeles, sest faasist väljas

Meeles, sest faasist väljas

Lubasin kirjutada sellest, millised ajuprotsessid on aluseks meie lühiaegsele mälule ja miks selle maht nõnda piiratud on. Nagu eelnevas postituses nägime, on hiljemalt George Milleri ajaloolisest tööst alates olnud teada, et lühiaegsesse mällu mahub vaid piiratud arv objekte. Nüüd on aga tema (pere-)nimekaimu Earl Milleri laboris tehtud töö, milles uuriti vastavaid ajuprotsesse ahvi ajju torgatud mikroelektroodidelt.

Tegelikult on tehtud üsna palju katseid, kus ahvike lonksu apelsinimahla eest hoiab endal mälus mingit informatsiooni. On leitud, et neuronid otsmikusagaras aitavad seda teavet alal hoida – nad on aktiivsed ka siis, kui objekt ise on juba ekraanilt kadunud ja ahvike teda meeles hoidma peab. Aga arvatavasti pole informatsioon ajus salvestatud üksikute neuronite aktiivsusesse, vaid on esindatud ajuaktiivsuse mustrites, seetõttu üritatakse tänasel päeval üha enam mõõta aktiivsust korraga mitmetelt neuronitelt. Nii olemegi viimastel aastatel õppinud palju aju töö kohta, uurides kuidas üksikute neuronite aktiivsus on seostes suurema populatsiooni aktiivsusega. Ka antud töös oli selline analüüs kesksel kohal.

Kuidas seda uurida? Kui elektrood langetatakse ahvi ajju, siis üritatakse tema tipus leida närvirakk, millelt aktiivsust mõõta. Kuna neuronite „kood“ on kõik-või-mitte-midagi formaadis aktsioonipotentsiaal, saab seda lihtsasti eristada madalatel sagedustel toimuvatest „grupiviisilistest“ võnkumisest. Nii saab ühelt ja samalt elektroodilt kätte nii üksikneuroni aktiivsuse – mõõtes vaid kõrgeid ja ülikõrgeid sagedusi – kui ka vastava neuronipopulatsiooni grupiaktiivsuse – mõõtes vaid madalamaid sagedusi (ja filtreerides välja kõrged sagedused). Nüüd saabki uurida, kuidas selle konkreetse närviraku aktiivsus (kõik-või-mitte-midagi aktsioonipotentsiaal) on sõltuvuses madalatel sagedustel toimuvast populatsiooniaktiivsusest – kas aktsioonipotentsiaale saadetakse välja ainult teatud grupiaktiivsuste hetkedel? Võib ju vaadata aktsioonipotentsiaalide tõenäosust sõltuvuses populatsiooniaktiivsuse faasist. Selgubki, et üksikneuronid laenglevad suurema tõenäosusega teatud grupiaktiivsuse võnkefaasis. Seni ajuteadlase jaoks ei midagi uut. Mida leiame siit mälu kohta?

MITi teadlased tegid ahvikeste ülesande pisut keerukamaks: ahvikesed pidid korraga meeles pidama kahte objekti, kusjuures objektid ei ilmunud ekraanile mitte samaaegselt, vaid järjest – üks esitati varem ja teine hiljem. Nüüd oli võimalik niiöelda mõtetelugemisalgoritmide abil vaadata, millised aktsioonipotentsiaalid kannavad informatsiooni millise mälus oleva objekti kohta. Teadlaste arukas mõte oli uurida, kui palju informatsiooni ühe või teise objekti kohta on välja lugeda erinevates grupiaktiivsuse võnkefaasides. Leiti, et esimesena esitatud objekti kohta leiab informatsiooni varasemate grupiaktiivsuse faaside ja teisena esitatud objekti kohta hilisemate faaside ajal. Lühidalt: objektid ja nende järjekord olid ajus kodeeritud aktsioonipotentsiaalide ajalisse suhtesse grupivõnke suhtes.

Otsustavaks sageduseks grupiaktiivsuses oli 32 Hz, mis tähendab, et üks võnge kestab umbes 30 ms. Järelikult, kui tahta hoida mälus palju ühikuid, peaks nad jagama selle võnke erinevate faaside vahel. Siit järgnekski ilmselge biofüüsikaline piirang objektide arvule, mida lühimälus hoida saab: kui iga objekti jaoks on tarvis piisavalt erinevat võnkefaasi, siis mingist hetkest muutuvad vahed liiga väikeseks, et objekte erinevate ühikutena mälus hoida – osa ühikuid ununeb või mäletatakse vales järjekorras. See idee oli praeguseni vaid teoreetiline spekulatsioon, kuid kirjeldatud katseandmed viitavad, et ehk see ajus just nii toimubki – lühiaegne mälu on piiratud, kuna mingist objektide arvust ülespoole ei suuda aju enam objekte üksteisest faasi abil eristada. Lihtne ennustus sellest teooriast oleks, et nendel inimestel, kellel on parem lühiaegne mälu, töötab vastav mälusüsteem madalamal sagedusel, kuna siis on rohkem ajalist ruumi, et erinevaid ühikuid meeles pidada.

Allikas: Siegel et al., 2009, PNAS: Phase-dependent neuronal coding of objects in short-term memory

  1. Märt
    detsember 27, 2009, 6:57 p.l.

    Need faaside võnked olid huvitavad. Kus need toimuvad?

  2. Jaan
    detsember 28, 2009, 9:53 e.l.

    kui toimub rütmiline võnkumine, siis saab mõõta ka selle protsessi faasi (antud juhul täpsemalt “hetkelist faasi” – http://en.wikipedia.org/wiki/Instantaneous_phase). Kuna ajus neuronipopulatsioonid kõikjal võnguvad (on mõnda aega pigem pidurdavas, mõnda aega pigem erutatud “seisundis”), siis on ka nende võngete faase võimalik ajus mõõta igal pool, kui meetod võimaldab väga täpset ajalist lahutusvõimet (üksikelektroodidega, EEGga, MEGga)

  3. MiuMiu
    detsember 28, 2009, 8:37 p.l.

    See “ununemine” on selle valguses ka siis üks paras spekulatsioon. Kas võnke jooksul liigselt sagedaste faaside kokkusulamine tähendab uue lühimälus ühiku tekkimine või on see juba top-down protsess hiljem, et luua mälukatses vajalik asendus.

    Selle idee edasiarendus oleks huvitav. Kuidas siis 32hz võnge kannab edasi infot püsimällu? Kas püsiv 32hz muster teistes ajuosades? Kas teine muster, teine mehhanism?

    Päris palju jäi sellest kokkuvõttest segaseks. Vaatan originaali läbi, siis ehk rohkem selgust.

  4. Jaan
    detsember 29, 2009, 11:00 e.l.

    tööd lugedes leiad, mis juhtus vastavate ajusignatuuridega, kui ahvike midagi valesti mäletas – 32 Hz faas ei eristanud enam nii hästi objektide vahel, järjekorraefekt ei olnud enam signifikantne.
    püsimällu kandmiseks on ilmselt oluline leitud 3 Hz rütm, millest ma siinkohal ei kirjutanud, kuid eelkõige oleks oluline mõõta grupiviisilist aktiivsust ka hippokampusest (praegu ju prefrontaalse korteksi neuronid), seega antud artiklis järeldusi püsimällu salvestamise kohta ei tehtud. (ka gamma-sünkroniseerimine hippokampuses on oluline mälusisude salvestamiseks – vt Jutras, Fries jt J Neuroscience 2009.)
    Eks anna teada, mida originaalist paremini aru said ja kuidas ma oma kokkuvõtet veel täiendada / selgemalt sõnastada saaksin. Aitäh.

  1. No trackbacks yet.

Lisa kommentaar

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Muuda )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Muuda )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Muuda )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Muuda )

Connecting to %s