Studi baru mengungkapkan bagaimana korteks serebral memprediksi masa depan

Sebuah studi baru menunjukkan bahwa korteks serebral memprediksi masa depan dengan mendeteksi rangsangan baru dan membentuk jejak memori jangka pendek yang disebut “Echoes.” Mekanisme ini, dikonfirmasi melalui pemodelan jaringan saraf, memainkan peran kunci dalam persepsi dan pembelajaran.

Korteks serebral adalah bagian terbesar dari otak mamalia dan memainkan peran penting dalam berbagai fungsi kognitif. Pada manusia, bertanggung jawab atas persepsi, pemikiran, penyimpanan memori, dan pengambilan keputusan. Salah satu hipotesis menunjukkan bahwa fungsi utama korteks adalah memprediksi peristiwa di masa depan dengan memproses informasi sensorik baru dan membandingkannya dengan harapan sebelumnya.

Studi yang baru diterbitkan di Neuron Memberikan bukti signifikan yang mendukung hipotesis ini. Penelitian, yang dipimpin oleh Yuriy Shymkiv, seorang rekan postdoctoral di laboratorium Profesor Rafael Yuste, menandai langkah besar ke depan dalam memahami peran prediktif korteks.

“Kami menemukan bahwa korteks bertindak seperti mesin memori, mengkode pengalaman baru, dan memprediksi waktu yang sangat dekat,” kata Shymkiv.

“Studi ini memberikan banyak wawasan tentang peran korteks serebral, dan ke dalam penyakit seperti skizofrenia di mana korteks tampaknya tidak berfungsi,” kata Yuste, mencatat bahwa itu juga membantu mengklarifikasi proses penting di otak normal. “Kebaruan adalah perbedaan antara apa yang Anda prediksi akan terjadi dan apa yang sebenarnya terjadi. Penelitian ini menunjukkan bahwa korteks serebral terus mendeteksi rangsangan baru, untuk mengubah dan meningkatkan prediksi masa depan. Deteksi kebaruan adalah fungsi kritis bagi manusia dan hewan lainnya. ”

Bagaimana otak merespons kebaruan

Tim memulai penelitian mereka dengan merancang penelitian untuk mengidentifikasi bagaimana tikus menanggapi campuran rangsangan sensorik yang akrab dan baru. Stimuli dalam percobaan adalah suara yang dimainkan di nada yang berbeda. Setelah pencitraan korteks pendengaran tikus, bagian dari korteks serebral yang memproses suara, mereka menemukan bahwa kelompok neuron merespons tidak hanya terhadap suara apa yang dimainkan, tetapi juga seberapa baru itu.

Menariknya, mereka menemukan bahwa setiap suara meninggalkan jejak aktivitas neuron, yang mereka sebut sebagai “gema,” yang melacak input sensorik dari waktu ke waktu, dan membentuk kenangan jangka pendek dari input baru-baru ini. Gema aktivitas ini tidak hanya memastikan bahwa setiap stimulus yang masuk menyebabkan respons yang unik, tetapi juga berfungsi untuk memilih rangsangan yang baru, sehingga respons tersebut menjadi jauh lebih kuat.

Memodelkan kemampuan prediksi otak

Untuk memperdalam pemahaman mereka tentang temuan ini, tim membangun model jaringan saraf korteks pendengaran dan melatihnya untuk mendeteksi rangsangan yang baru. Itu mereplikasi apa yang telah mereka lihat pada tikus, menunjukkan bahwa jaringan neuron juga menggunakan aktivitas “gema” untuk menyimpan model lingkungan, dan menggunakannya untuk mendeteksi perubahan. Mereka menyimpulkan bahwa cara korteks terhubung, dengan loop neuron yang terhubung, menjadikan deteksi baru sebagai properti yang muncul secara otomatis dari jaringan.

“Ini adalah lompatan ke depan dalam memahami bagaimana otak melakukan pekerjaan yang baik dalam mendeteksi kebaruan,” kata Yuste, mencatat bahwa model yang dibuat Shymkiv dibangun di atas ide -ide John Hopfield, yang memenangkan Hadiah Nobel tahun lalu untuk membangun model jaringan saraf dan perintis kecerdasan buatan.

Penelitian ini juga menawarkan wawasan baru tentang peran utama yang dimainkan korteks serebral dalam skizofrenia. Dokter telah mengetahui selama bertahun -tahun bahwa orang dengan skizofrenia tidak mahir membedakan informasi baru dari informasi lama. Para ilmuwan mencoba menjelaskan temuan -temuan itu dengan menafsirkan perilaku neuron individu tetapi akhirnya mengalami kesulitan. Salah satu wawasan utama makalah ini adalah penemuannya bahwa deteksi baru bukanlah karya neuron tunggal tetapi jaringan saraf.

“Kami sangat senang bahwa temuan ini dapat memperdalam pemahaman kami tentang bagian otak yang penting ini dan juga berpotensi menawarkan wawasan penting tentang kasus -kasus di mana fungsi -fungsi itu salah – dan cara untuk memperbaikinya,” kata Yuste.

Referensi: “Dinamika Kortikal Lambat Menghasilkan Pemrosesan Konteks dan Deteksi Baru” oleh Yuriy Shymkiv, Jordan P. Hamm, Sean Escola dan Rafael Yuste, 10 Februari 2025, Neuron.
Doi: 10.1016/j.neuron.2025.01.011

Pendanaan: Institut Nasional Gangguan Neurologis dan Stroke, Institut Mata Nasional, Institut Kesehatan Mental Nasional,