Door geheugen herhaling in de hersenen te laten imiteren door via een artificial intelligence (AI) algoritme hebben wetenschappers de mechanismen ontdekt, die ten grondslag liggen aan geheugenvorming en -consolidatie in de hersenen tijdens rust of slaap. De hersenkern met de naam hippocampus speelt daarin een belangrijke rol.
De hippocampus is genoemd naar het zeepaardje vanweg zijn vorm.
Het hersengebied van de hippocampus is van groot belang bij de vorming van het geheugen. Dit is geïllustreerd door beroemde gevallen, zoals dat van de in de neurologie veelbesproken patiënt H.M., die geen nieuwe herinneringen kon vormen, nadat grote delen van zijn hippocampus waren verwijderd.
De hippocampus is een structuur, die in directe verbinding staat met de amygdala, het gebied waar emoties worden opgeslagen. Herrineringen zijn daarom altijd emotioneel gekleurd, vanwege de ervaren emoties, die bij een bepaalde gebeurtens zijn ervaren.
Bij het onderzoek met de artificial intelligent imitatie persoon bleken proefpersonen effectiever ruimtelijke informatie te leren, bij het opnieuw afspelen van deze geprioriteerde reeksen, wat waardevol inzicht biedt in de manier waarop onze hersenen leren en informatie verwerken.
Belangrijke feiten uit deze studie:
- De hippocampus bevat “plaatscellen”, die op specifieke locaties vuren en deze cellen spelen een cruciale rol bij het “opnieuw afspelen” tijdens rust of slaap.
- Neuronale sequenties tijdens het opnieuw afspelen zijn niet willekeurig, maar volgen bepaalde regels, zoals prioriteit geven aan vertrouwde ervaringen en aan ervaringen die geassocieerd worden met beloningen.
- Het door de onderzoekers gebouwde model voor kunstmatige intelligentie bootst dit proces van hernieuwd afspelen na en blijkt ruimtelijke informatie efficiënter te leren wanneer geprioriteerde sequenties worden herhaald.
Uit: Neurosciencenews.
“A model of hippocampal replay driven by experience and environmental structure facilitates spatial learning” by Nicolas Diekmann et al. eLife
Wat zijn plaatscellen?
*Leerprincipes van “plaatscellen”.
Plaatscellen zijn neuronen in de hippocampus die worden geactiveerd wanneer een dier specifieke plaatsen in zijn omgeving betreedt. Dieren navigeren in hun omgeving om voedsel, onderdak en partners te vinden; dit gedrag vormt een van de meest elementaire middelen om te overleven. De hippocampus van gewervelde dieren fungeert als een integratiehub voor uiteenlopende dynamische processen zoals aandacht, geheugen, perceptie en besluitvorming. Hierdoor kan een dier zich uiteindelijk efficiënt in zijn omgeving bewegen op zoek naar voedsel of ontsnappen aan roofdieren.
John O’ Keefe beschreef voor het eerst in 1976 de excitatie patronen van deze plaatscellen in een artikel in Experimental Neurology dat later een baanbrekende publicatie bleek te zijn. Door elektrofysiologische metingen wist O’Keefe aan te tonen dat deze plaatscellen actief waren als vrij bewegende dieren hun plaats moesten bepalen. O’Keefe presenteerde ook toetsbare hypotheses over allerlei mogelijke mechanismen die de activatie van plaatscellen regelen, die op hun beurt een conceptuele basis vormden voor een breed scala aan latere werkzaamheden op dit gebied.
Referentie: Varun A. Sane in “Teaching Principles of Place Cells” J Undergrad Neurosci Educ. 2021 Spring; 19(2): R23–R27. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC8437367/
