Os cérebros são uma rede confusa de circuitos sobrepostos - alguns caminhos estimulam a atividade, enquanto outros a suprimem. Embora os estudos anteriores se concentrassem mais em circuitos excitatórios, circuitos inibitórios são agora entendidos como desempenhando um papel igualmente importante na função cerebral. Pesquisadores do Instituto de Ciência e Tecnologia de Okinawa Graduate University (OIST) e do RIKEN Center for Brain Science criaram uma rede artificial para simular o cérebro, demonstrando que mexer em circuitos inibitórios leva à memória estendida.

A memória associativa é a capacidade de conectar itens não relacionados e armazená-los na memória - para associar itens co-ocorrentes como um único episódio. Neste estudo, publicado em Cartas de revisão física , a equipe usou padrões organizados sequencialmente para simular uma memória, e descobriram que um computador é capaz de lembrar padrões que abrangem um episódio mais longo, quando o modelo leva em conta os circuitos inibitórios. Eles continuam explicando como essa descoberta pode ser aplicada para explicar nossos próprios cérebros.

"Este modelo simples de processamento nos mostra como o cérebro lida com as informações fornecidas em uma ordem serial, "explica o professor Tomoki Fukai, chefe da Unidade de Codificação Neural e Computação do Cérebro do OIST, que liderou o estudo com o colaborador RIKEN, Dr. Tatsuya Haga. "Ao modelar neurônios usando computadores, podemos começar a compreender o processamento da memória em nossas próprias mentes. "

Reduza Suas Inibições

Pensando no cérebro em termos físicos, fenômenos não biológicos são agora uma abordagem amplamente aceita na neurociência - e muitas idéias tiradas da física foram validadas em estudos com animais. Uma dessas ideias é entender o sistema de memória do cérebro como uma rede de atratores, um grupo de nós conectados que exibem padrões de atividade e tendem a certos estados. Esta ideia de redes de atratores formou a base deste estudo.

Um princípio da neurobiologia é que "células que disparam juntas se conectam" - neurônios que estão ativos ao mesmo tempo tornam-se sincronizados, o que explica em parte como nossos cérebros mudam com o tempo. Em seu modelo, a equipe criou circuitos excitatórios - padrões de neurônios disparando juntos - para replicar o cérebro. O modelo incluía muitos circuitos excitatórios espalhados por uma rede.

Mais importante, a equipe inseriu circuitos inibitórios no modelo. Diferentes circuitos inibitórios atuam localmente em um circuito particular, ou globalmente em toda a rede. Os circuitos bloqueiam sinais indesejados de interferir com os circuitos excitatórios, que são então mais capazes de disparar e conectar. Esses circuitos inibitórios permitiam que os circuitos excitatórios se lembrassem de um padrão que representava um episódio mais longo.

A descoberta corresponde ao que se sabe atualmente sobre o hipocampo, uma região do cérebro envolvida na memória associativa. Pensa-se que um equilíbrio entre as atividades excitatórias e inibitórias é o que permite a formação de novas associações. A atividade inibitória pode ser regulada por uma substância química chamada acetilcolina, que é conhecido por desempenhar um papel na memória dentro do hipocampo. Este modelo é uma representação digital desses processos.

Um desafio para a abordagem, Contudo, é o uso de amostragem aleatória. O grande número de resultados possíveis, ou estados atrativos, na rede, sobrecarrega a capacidade de memória de um computador. Em vez disso, a equipe teve que contar com uma seleção de resultados, em vez de uma revisão sistemática de todas as combinações possíveis. Isso permitiu que eles superassem uma dificuldade técnica sem comprometer as previsões do modelo.

Geral, o estudo permitiu inferências abrangentes - os neurônios inibitórios têm um papel importante na memória associativa, e isso corresponde ao que podemos esperar de nossos cérebros. Fukai diz que estudos biológicos precisarão ser concluídos para determinar a validade exata deste trabalho computacional. Então, será possível mapear os componentes da simulação para suas contrapartes biológicas, construção de um quadro mais completo do hipocampo e da memória associativa.

A seguir, a equipe irá além de um modelo simples em direção a um com parâmetros adicionais que melhor representa o hipocampo, e observe a importância relativa dos circuitos inibitórios locais e globais. O modelo atual compreende neurônios que estão desligados ou ligados - zeros e uns. Um futuro modelo incluirá dendritos, as ramificações que conectam os neurônios em uma malha complicada. Esta simulação mais realista estará ainda melhor posicionada para tirar conclusões sobre cérebros biológicos.