Leider sind wir alle immer noch „verwirrt“, wie das Gedächtnis funktioniert. Wir sind weit davon entfernt, vollständig zu verstehen, wie Erinnerungen gespeichert und abgerufen werden. Nichtsdestotrotz wissen wir ein wenig , also lesen Sie weiter.

Ihr Verständnis der grundlegenden neuronalen Funktion ist fast richtig. Erstens signalisiert ein einzelnes Neuron durch sein einzelnes Axon auf die Dendriten vieler nachgeschalteter Neuronen, nicht umgekehrt. Zweitens bin ich mir nicht sicher, was Sie mit "Fokussieren auf der Grundlage ihrer Permutationen" meinen, aber es ist wahr, dass neuronale Informationen viele Transformationen durchlaufen können, wenn sie sich durch einen Schaltkreis ausbreiten. Drittens, wenn es ein Verhaltensergebnis der Netzwerkaktivität wie eine Muskelreaktion oder Hormonfreisetzung gibt, werden diese Effekte durch Nerven vermittelt, die mit Muskeln und hormonfreisetzenden Zellen kommunizieren. Ich bin mir nicht sicher, ob Sie das mit "fokussiertem Reaktionsmechanismus" gemeint haben.

Schließlich ist, wie Sie festgestellt haben, die Analogie von neuronalen Schaltkreisen zu elektrischen Schaltkreisen auf jeder einigermaßen anspruchsvollen Analyseebene relativ schlecht. Meine Meinung ist, dass biologischen Systemen oft wenig gedient ist, wenn man sie als technische Probleme einrahmt. Andere werden dem widersprechen, aber ich denke, ein biologisches System nach seinen eigenen Bedingungen zu verstehen, macht viele Dinge viel klarer.

Der Schlüssel, der in der Analogie der elektrischen Schaltkreise fehlt, erweist sich als einer der Schlüssel zum Verständnis der Informationsspeicherung in neuronalen Schaltkreisen – die Synapse , die Stelle, an der ein Neuron mit einem anderen kommuniziert. Die Synapse wandelt das elektrische Signal des vorgeschalteten Neurons in ein chemisches Signal um. Dieses chemische Signal wird dann vom nachgeschalteten Neuron wieder in ein elektrisches Signal umgewandelt.

Die Stärke der Synapse lässt sich langfristig über die Höhe der Proteinexpression regulieren – man spricht von Langzeitpotenzierung (LTP) oder Langzeitdepression (LTD) . LTP und LTD können daher die Leichtigkeit regulieren, mit der Informationen entlang eines bestimmten Pfads fließen können. Stellen Sie sich als einfaches Beispiel (das nicht zu ernst genommen werden sollte) eine Gruppe von Neuronen vor, die „New York City“ darstellt, und eine andere Gruppe von Neuronen, die „Mein Freund John“ darstellt. Wenn Sie dann zufällig mit Ihrem Freund John in New York City sind, werden diese beiden Neuronengruppen aktiv sein und die Synapsen zwischen diesen beiden Netzwerken werden gestärkt, weil sie koaktiv sind (siehe Hebbsche Plastizität). Auf diese Weise werden nun die Idee von NYC und die Idee von John miteinander verbunden.

Wo sind diese Neuronen, die NYC und John repräsentieren? Wir sind uns darüber immer noch nicht ganz im Klaren, und die Frage ist kompliziert, weil es viele verschiedene Arten von Erinnerungen gibt. Zum Beispiel wird Ihre Erinnerung daran, wie man Fahrrad fährt (prozedurales Gedächtnis), nicht genauso behandelt wie Ihre Erinnerung an das, was Sie zum Frühstück gegessen haben (episodisches Gedächtnis). Eine beste aktuelle Antwort ist jedoch, dass der Hippocampus und die damit verbundenen Regionen für die anfängliche Kodierung von Erinnerungen wichtig sind und der Neokortex der Ort ist, an dem längerfristige Erinnerungen gespeichert werden. Zwischen diesen beiden Bereichen besteht eine erhebliche Kommunikation, so dass Erinnerungen im Laufe der Zeit effektiv angepasst werden können.

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Als Antwort auf Jules Kommentar, in dem sie um Ressourcen bittet, ist mir klar, dass es wichtig ist, darauf hinzuweisen, dass das von mir skizzierte Hebbian-Modell nicht endgültig gezeigt wurde. Wie bei allen Aspekten der Neurowissenschaft gibt es viel gute Arbeit auf molekularer und zellulärer Ebene und gute Arbeit auf Verhaltensebene, aber die kausale Verbindung zwischen beiden ist nicht so klar. Nichtsdestotrotz ist Hebbs Idee immer noch das Mainstream-Arbeitsmodell für die Funktionsweise des Gedächtnisses. Einige Lektüre könnte beinhalten:

1) Neves, G., Cooke, SF, Bliss, TVP, 2008. Synaptic plasticity, memory and the hippocampus: a neuronal network approach to causality. Nature Reviews Neuroscience 9, 65–75. Eine Übersicht über das Hippocampus-Gedächtnis und seine Beziehung zu LTP/LTD und der Hebbschen Theorie. Bemerkt die allgemeine Schwierigkeit, die Theorie zu beweisen, und einige Möglichkeiten, wie Experimente vorankommen können.

2) Lisman, J., Grace, AA, Duzel, E., 2011. A neoHebbian framework for episodic memory; Rolle der dopaminabhängigen späten LTP. Trends in den Neurowissenschaften 34, 536–547. Eine Übersicht, die eine Weiterentwicklung des Hebbschen Modells vorschlägt, das den neuromodulatorischen Einfluss auf die Plastizität und den Gedächtnisprozess umfasst.

3) Johansen, JP, Cain, CK, Ostroff, LE, LeDoux, JE, 2011. Molecular Mechanisms of Fear Learning and Memory. Zelle 147, 509–524. . Eine hervorragende Übersicht über Angstlernen und Gedächtnis mit einem ausführlichen Abschnitt über die Hebbsche Theorie.

4) Liu, X., Ramirez, S., Pang, PT, Puryear, CB, Govindarajan, A., Deisseroth, K., Tonegawa, S., 2012. Die optogenetische Stimulation eines Hippocampus-Engramms aktiviert die Erinnerung an die Angst. Natur. Ein Forschungsartikel, der vielleicht eine Umsetzung einiger Vorschläge aus dem Review von Neves et al. Sie verwenden Licht, um eine Angsterinnerung zu reaktivieren. Dies deutet darauf hin, dass die Aktivierung des Hippocampus-Netzwerks, das während der Gedächtnisbildung aktiv war, ausreicht, um die Erinnerung hervorzurufen.

Ich möchte auf einige Weisen hinweisen, in denen Ihr Verständnis falsch ist. "Neuronale Netze" sind normalerweise ein Begriff aus der Informatik, der nur sehr, sehr lose auf tatsächlichen neuronalen Netzen basiert. Die Idee von Schichten in einem neuronalen Netz ist so ziemlich eine Erfindung der Informatik, sie spiegelt nicht wirklich die Realität wider. Außerdem sind Neuronen keine binären Schalter. Es geht nicht so sehr um Ein/Aus, sondern vielmehr um einen zeitlichen Ratencode von Aktionspotentialen. Das eigentliche Gehirn ist irgendwie stochastisch und funktioniert nicht wirklich auf der Ebene des einzelnen Aktionspotentials.

Die Übernahme des Begriffs „neuronale Netze“ durch diese hinterhältigen Informatiker ist unglücklich. Ihre Arbeit hat praktisch nichts mit tatsächlichen neuronalen Netzen zu tun.

Ich kann eine grobe Analogie in Bezug auf die Speicherung digitaler Medien anstellen.

Unsere Erinnerungen existieren als eine Beziehung zwischen unseren Wahrnehmungen und unseren Empfindungen. Computer speichern Eingaben bereitwillig. Menschen speichern Erinnerungen jedoch wahrnehmungsmäßig. Das bedeutet, wer wir sind und wie wir uns an ein Ereignis erinnern, verändert unsere Erinnerung dauerhaft.

Wenn Sie sich die Entwicklung verlustbehafteter Video-Codecs mit zunehmender Auflösung ansehen, werden Sie feststellen, dass sich die Algorithmen geändert haben. Jede Generation hat sich daran gewöhnt, bestimmte Arten von Videoartefakten zu sehen: von Film über analoge statische Bilder bis hin zu VHS und h.264. Stellen Sie sich die Algorithmen als individuelle Wahrnehmungsweisen vor.

Wir haben uralte basale Schaltkreise, die es visuellen und frontalen Kortexbereichen ermöglichen, bei der Bildung von Erinnerungen zusammenzuarbeiten. Es ist kein objektiver Prozess. Wir alle haben unsere eigenen Algorithmen.