Az agyad egyszerre több információs zenekart irányít. Megvilágított hang, CC BY
Az emberi agy küld százmilliárd idegi jel minden másodpercben. Rendkívül összetett bravúr.
Az egészséges agynak rendkívül sok helyes kapcsolatot kell létrehoznia, és gondoskodnia kell arról, hogy azok pontosak maradjanak az információátadás teljes időtartama alatt - ez másodperceket vehet igénybe, ami „agyidőben” meglehetősen hosszú.
Hogyan jut minden jel a rendeltetési helyre?
Az agyad számára a kihívás hasonló ahhoz, amellyel szembesülsz, amikor beszélgetni próbálsz egy zajos koktélpartin. Összpontosíthat arra a személyre, akivel beszélget, és „elnémítja” a többi beszélgetést. Ez a jelenség a szelektív hallás - az úgynevezett koktélparti hatás.
Amikor egy nagy, zsúfolt buliban mindenki nagyjából azonos hangossággal beszél, akkor annak a személynek az átlagos hangereje, akivel beszél, kb. Megegyezik a többi bulizó összes csevegésének átlagos szintjével. Ha műholdas TV-rendszerről lenne szó, akkor a kívánt jel és a háttérzaj nagyjából azonos egyensúlya gyenge vételt eredményezne. Ennek ellenére ez az egyensúly elég jó ahhoz, hogy megértse a nyüzsgő partin folytatott beszélgetéseket.
Hogyan csinálja az emberi agy, megkülönböztetve a folyamatban lévő „beszélgetések” milliárdjait és rögzítve egy konkrét jelet a kézbesítéshez?
Csapatom kutatása az agy neurológiai hálózataiba két olyan tevékenység mutat be, amelyek támogatják annak képességét, hogy megbízható kapcsolatokat hozzanak létre jelentős biológiai háttérzaj jelenlétében. Bár az agy mechanizmusai meglehetősen összetettek, ez a két tevékenység úgy viselkedik, mint amit egy villamosmérnök a illesztett szűrő - nagyteljesítményű rádiórendszerekben használt és ma már a természetben ismert feldolgozó elem.
Neuronok harmóniában énekelnek
Szánjunk egy percet arra, hogy az emberi agyban lévő százmilliárd idegrostok közül csak egyre koncentráljunk, amelyek közül sok jellemzően az adott időpontban aktív. Mindannyian megteszik a maguk részéről, hogy olyan gondolkodási folyamatokat hajtsanak végre, amelyek lehetővé teszik az emberek számára a sikeres működést és az értelmes interakciót egymással - olyan képességeket támogatva, mint a tájékozódás, a figyelem, a memória, a problémamegoldás és a végrehajtó funkció.
Kutatócsoportom kidolgozott egy modellt, amely a biológiai agytevékenységet az emberi hallható tartományra fordítja át, így mi hallja az agyat munkában. Így hangzik egyetlen, a jelét továbbító idegrost ideális, zajmentes környezetben:
Amikor ez a választott idegrost jelet továbbít a célállomáshoz az agy más részein, akkor az az összes többi aktív rost aktivitása által okozott háttérzajjal áll szemben. Itt van ennek a szálnak a hangja, amelyet most az agy koktélpartijába merítettek:
Az agy háttérzaja a kiválasztott idegrostunk körül más idegrostok kis populációját stimulálja szinkronizálása és nagyjából ugyanazt az üzenetet továbbítja. Ez a szinkronizálás csökkenti a zaj hatását és javítja a jel tisztaságát.
Megteszi a munkát, de nem tökéletes. Ez hasonlít a sok harmonikusan éneklő hanghoz. Minden hang minden pillanatban egyedi frekvenciákra vetíti ki a hangot, és a hangok sokaságának összege kiterjeszti az egyes hangok frekvenciatartományát. Gondoljon egy kórusra, amely a zenecsarnokot tölti be dalával, szemben azzal, hogy egy szólista csak egy részt énekel. Ez a stratégia gazdagítja a frekvenciatartalmat, emeli az átvitt jel szintjét és növeli a vétel minőségét.
A tudósok ezt a jelenséget az idegszálak fizikailag szétválasztott alrendszerei közötti kapcsolat vagy összekapcsolódás megjelenéseként írják le. Nagyobb, dinamikus rendszert hoz létre. Az ötlet nem annyira különbözik a 350 éves rejtélytől, amelyet végül megoldottak, hogyan inga órák ugyanarra a falra szerelve szinkronizálódik a tartógerendán kifejtett kis fizikai erőkön keresztül.
Kollégáimmal és úgy gondoljuk, hogy ugyanez a „szinkronizálási” képesség neminvazív terápiás kezelések felfedezéséhez vezethet olyan neurológiai rendellenességekhez, mint pl. sclerosis multiplex. Ezt egy nem invazív neuromodulátor eszközzel lehet megvalósítani a fejbőr felszínén, hogy kicsi, nem fizikailag alkalmazható elektromos térerőket biztosítson az agy régiójában. a betegség által érintett. A páciens agyi jeleinek nem invazív megváltoztatásával ezek az elektromos térerők egészségesebb neurológiai hálózati környezetet teremtenének az információátadáshoz.
Mint az együttes dobjai, az agyhullámok is segítenek a ritmus fenntartásában. Josh Sorenson / Unsplash, CC BY
Agyak dobolnak
Az idegtudósok a jelzavar elterjedésének második útjaként nevezik az átadási kulcsot. Ez az a szerep, amelyet a az agy természetes ritmusai, közismert nevén agyhullámok.
Ezeket az agyi ritmusokat olyan idegsejtek hozzák létre, amelyek meghatározott mintákban tüzelnek, és bizonyos nagyon alacsony frekvenciákon elektromos aktivitási hullámokat okoznak, amelyek kb. 0.5 és 140 ciklus / másodperc között mozognak. Összehasonlításképpen: az okostelefonok másodpercenként körülbelül 5,000,000,000 8 13 13 ciklust működnek. Azok a hullámok, amelyek segítenek jelet juttatni az agy zajos környezetében lévő célállomásra, vagy alfa-hullámoknak tűnnek, másodpercenként 32–XNUMX ciklusnak, vagy XNUMX–XNUMX ciklus / másodperces béta hullámoknak.
Laboratóriumomban erre a második tevékenységre úgy hivatkozunk, mint „dobot dobni”. Az agyhullám frekvenciája hasonló a katasztrófa, a rock, a pop, a jazz és a hagyományos zenekari zene előadásához vagy megtartásához használt basszus vagy basszus dob frekvenciájához.
Ezek az alacsony frekvenciájú ritmusok szállítási kulcsként működnek, amelyet az átvitt jel további frekvenciaként nyom meg. Valahogy így van A GPS-jelek szinkronizálja a távközlési hálózatokat. Tegyük fel, hogy az agyhullám jel vagy a leadási kulcs másodpercenként 10 ciklus. Az egyik ciklus időtartama tizedmásodperc, így a kézbesítési kulcs minden tizedmásodpercben időjelzőt ad a vételi ponton.
Ez az időjelző rendkívül hasznos a továbbított jel pontos vételében. Fontos, hogy ez a kézbesítési kulcs csak a tervezett fogadóhelyen nyitja meg vagy aktiválja a zárat. Az ötlet nem annyira különbözik a jelszó használatától az adott tartalomhoz való hozzáféréshez.
Az idegtudósok úgy vélik, hogy a kézbesítési kulcs megválasztását használták az egyén állapotától függ. Például az alfa-hullámok éber pihenéssel járnak csukott szemmel. A béta hullámok normális éber tudattal és koncentrációval társulnak.
A tudósok feltételezik, hogy az egyes szállítási kulcsokhoz vagy agyi ritmusokhoz társul egy kognitív funkciók listája, amely összhangban van az egyén állapotával. Tehát például egy jel, amelyet 10 ciklus / másodperc sebességgel sugároznak az Alpha hullám agyi ritmusa, lenyűgözve, már tartalmaz információt az éber pihenésről.
Az elektromos aktivitás agyhullámai voltak csaknem 100 évvel ezelőtt azonosították, és a kutatók folyamatosan többet megtudnak róluk és szerepükről a viselkedésben és az agy működésében.
A távközlési rendszerek fejlesztése érdekében a kutatók tanulhatnak abból, hogy az agy hogyan végzi munkáját. Mario Caruso / Unsplash, CC BY
Épített rendszerek modellezése az agyon
Laboratóriumom neurológiai hálózatokkal kapcsolatos kutatásai nemcsak az emberi agy megértésére és nem invazív diagnosztikai eljárások és terápiás kezelések kidolgozására vonatkoznak a különféle neurológiai diszfunkciókra, hanem a távközlés, a hálózatépítés, a kiberbiztonság, a mesterséges intelligencia és a robotika javított rendszereinek tervezésére is.
Például az emberi agy megmutatja, hogy mennyivel fejlettebbek lehetnek a távközlési hálózati rendszerek. 5G mobilhálózatok remélem, hogy körülbelül 1 millió készüléket tudunk kiszolgálni egy négyzetmérföldön. Ezzel szemben az emberi agy gyorsan képes legalább 1 millió kapcsolatot létrehozni a köbcenti agyszövet.
A mai telekommunikációs hálózati rendszerek megtervezése korlátozott, mivel lényegében az egyik tudományág - az elektromos és a számítástechnikai - alapelveiből merítenek. Még az agy legegyszerűbb áramkörei is, az idegrostok, amelyek hasonlóak a távközlési hálózat összekötő pontjaihoz, rendkívül összetett módon működnek a biológia, a vegyészmérnöki tudományok, a gépgyártás, valamint az elektromos és a számítástechnika együttes elvei szerint.
Az emberi agyhoz hasonló képességű rendszerek megtervezéséhez sokkal multidiszciplinárisabb megközelítésre lesz szükség, amelyet kutatócsoportom - az orvostudomány, az élettudományok, a mérnöki és a fejlett anyagok szakértőiből álló csoport - tükröz. kutatás partnerek.
A szerzőről
Salvatore Domenic Morgera, az elektrotechnika és a biomérnöki professzor, Dél-Floridai Egyetem
Ezt a cikket újra kiadják A beszélgetés Creative Commons licenc alatt. Olvassa el a eredeti cikk.
Könyvek a teljesítmény javításáról az Amazon legjobb eladóinak listájáról
"Csúcs: A szakértelem új tudományának titkai"
Anders Ericsson és Robert Pool
Ebben a könyvben a szerzők a szakterületen végzett kutatásaik alapján betekintést nyújtanak abba, hogyan javíthatja bárki teljesítményét az élet bármely területén. A könyv gyakorlati stratégiákat kínál a készségek fejlesztésére és a mesteri tudás megszerzésére, a szándékos gyakorlásra és a visszajelzésekre összpontosítva.
Kattintson a további információkért vagy a megrendeléshez
"Atomic Habits: Könnyű és bevált módszer a jó szokások kialakítására és a rosszak letörésére"
írta: James Clear
Ez a könyv gyakorlati stratégiákat kínál a jó szokások kialakításához és a rosszak feloldásához, a kis változtatásokra összpontosítva, amelyek nagy eredményekhez vezethetnek. A könyv tudományos kutatásokra és valós példákra támaszkodik, hogy gyakorlatias tanácsokat adjon mindenkinek, aki szokásaik javítására és sikerre vágyik.
Kattintson a további információkért vagy a megrendeléshez
"Gondolkodásmód: A siker új pszichológiája"
írta: Carol S. Dweck
Ebben a könyvben Carol Dweck feltárja a gondolkodásmód fogalmát, és azt, hogy az hogyan befolyásolhatja teljesítményünket és életünk sikerét. A könyv betekintést nyújt a rögzített gondolkodásmód és a növekedési gondolkodásmód közötti különbségbe, és gyakorlati stratégiákat kínál a növekedési gondolkodásmód kialakításához és a nagyobb sikerek eléréséhez.
Kattintson a további információkért vagy a megrendeléshez
"A szokás ereje: Miért csináljuk azt, amit az életben és az üzleti életben"
írta Charles Duhigg
Ebben a könyvben Charles Duhigg feltárja a szokások kialakulásának hátterében álló tudományt, és azt, hogy hogyan használhatók fel a teljesítményünk javítására az élet minden területén. A könyv gyakorlati stratégiákat kínál a jó szokások kialakításához, a rosszak feloldásához és a tartós változás megteremtéséhez.
Kattintson a további információkért vagy a megrendeléshez
"Intelligensebben, gyorsabban: A produktív élet titkai az életben és az üzleti életben"
írta Charles Duhigg
Ebben a könyvben Charles Duhigg a termelékenység tudományát tárja fel, és azt, hogy miként használható fel teljesítményünk javítására az élet minden területén. A könyv valós példákra és kutatásokra támaszkodik, hogy gyakorlati tanácsokat adjon a nagyobb termelékenység és siker eléréséhez.
