Η τεχνητή νοημοσύνη και η μνήμη: Νέες προοπτικές στην έρευνα του εγκεφάλου

Ο Πλάτωνας είχε διατυπώσει την άποψη ότι κάθε εμπειρία που αποκτά ο άνθρωπος επιφέρει αλλαγές στον εγκέφαλό του, οι οποίες στηρίζονται στη μνήμη, και πιο συγκεκριμένα στη μακροπρόθεσμη μνήμη. Αυτή την αλλαγή μελετούν ο καθηγητής νευροεπιστήμης Andre Fenton από το Πανεπιστήμιο της Νέας Υόρκης και ο επίκουρος καθηγητής κυτταρικής και αναγεννητικής βιολογίας Abhishek Kumar από το Πανεπιστήμιο του Wisconsin–Madison στο Εργαστήριο Θαλάσσιας Βιολογίας (MBL) στο Woods Hole, Μασαχουσέτη.

Ο Fenton εξηγεί ότι στόχος του είναι να κατανοήσει πώς λειτουργούν οι ανθρώπινες σκέψεις και μνήμες, όχι μόνο ως καταγραφή του παρελθόντος, αλλά και ως εκτίμηση του μέλλοντος που επιτρέπει ο εγκέφαλος. Για να ενισχύσουν το έργο τους, οι ερευνητές χρησιμοποιούν NVIDIA RTX GPUs και HP Z Workstations για την απεικόνιση μεγάλων συνόλων δεδομένων, καθώς και ειδικά εργαλεία AI και την πλατφόρμα εικονικής πραγματικότητας syGlass για επιστημονική εξερεύνηση.

Η έρευνα υποστηρίζεται από επιχορηγήσεις του Εθνικού Ινστιτούτου Ψυχικής Υγείας και της Πρωτοβουλίας Chan Zuckerberg, προσφέροντας σημαντικά μέσα για την εξέλιξη της μελέτης.

Η ανακάλυψη μιας νευρωνικής “δάσος”

Η μνήμη είναι έργο του ιππόκαμπου, μιας δομής στον εγκέφαλο που μοιάζει με θαλάσσιο ίππο. Στο MBL, το ενδιαφέρον επικεντρώνεται ακριβώς σε αυτή τη δομή. Ο Fenton περιγράφει τα κύτταρα του ιππόκαμπου ως ένα δάσος, όπου δισεκατομμύρια νευρώνες μοιάζουν με μικρούς κορμούς δέντρων, ενώ οι συνδέσεις τους μοιάζουν με φύλλα.

Η ομάδα μελετά ένα μικρό μέρος αυτών των “φύλλων” που αντιπροσωπεύουν δείκτες πρωτεϊνών. Αυτή η εργασία είναι εξαιρετικά πολύπλοκη, καθώς κάθε δείκτης έχει μήκος περίπου ένα μικρόμετρο και απαιτεί την αναζήτηση των σωστών πρωτεϊνικών δεικτών, οι οποίοι αποτελούν μόλις το 1% του συνόλου στον ιππόκαμπο.

Η συλλογή και ανάλυση αρκετών τρισδιάστατων δεδομένων για τους πρωτεϊνικούς δείκτες αποτελούσε φραγμό μέχρι την εισαγωγή των τεχνολογιών της NVIDIA και της HP στη διαδικασία. Οι τεχνολογίες αυτές επέτρεψαν στους ερευνητές να καταγράψουν, να ελέγξουν και να αποθηκεύσουν δεδομένα 3D εικόνων, προχωρώντας έτσι στην πρώτη φάση της μελέτης.

Κατανόηση της μνήμης και πρόληψη νευρολογικών ασθενειών

Ο τελικός στόχος της ομάδας είναι η κατανόηση της λειτουργίας της μνήμης σε μοριακό επίπεδο, κάτι που μπορεί να ενισχύσει την έρευνα για τις αιτίες των ασθενειών του εγκεφάλου που συνδέονται με τη νευρογνωσία, όπως το Αλτσχάιμερ και η άνοια.

Ο Fenton επισημαίνει ότι οι άνθρωποι δεν συνδέουν συχνά τη μνήμη με την ψυχική υγεία, αλλά σχεδόν όλες οι διαταραχές της ψυχικής υγείας εξαρτώνται από το τι αποθηκεύει ο εγκέφαλος: τις πεποιθήσεις, τις προσδοκίες και τις ανησυχίες που έχουμε. Η κατανόηση της μνήμης μπορεί να αποδειχθεί κρίσιμη για την αντιμετώπιση αυτών των προκλήσεων.

Η ομάδα αναλύει πώς επηρεάζεται η μνήμη όταν οι πρωτεΐνες τοποθετούνται σε λάθος θέσεις στον ιππόκαμπο, ενώ εξετάζει τη σχέση μεταξύ της δομής και της λειτουργίας των εγκεφαλικών κυττάρων μέσω εικόνων υψηλής ανάλυσης που αποθηκεύονται με τη χρήση του syGlass.

Εικονική πραγματικότητα και μαθητική εξερεύνηση

Η χρήση του syGlass στην επιτραπέζια μονάδα HP Z6 με NVIDIA RTX GPUs μεταμόρφωσε την έρευνα σε μια διαδραστική επιστημονική εξερεύνηση, ιδανική για την εμπλοκή μαθητών λυκείου.

Η ομάδα προσέλαβε τρεις μαθητές λυκείου για να συμμετάσχουν στο εργαστήριο, αναλύοντας τις πρωτεΐνες της μνήμης με τη χρήση VR headsets. Οι μαθητές κλήθηκαν να εντοπίσουν και να χαρακτηρίσουν τις πρωτεΐνες που σχετίζονται με τη μνήμη, μια διαδικασία που απαιτούσε την αναζήτηση σε δισεκατομμύρια νευρώνες για να βρουν τις λίγες χιλιάδες πρωτεϊνικούς δείκτες που ήταν σχετικοί με την έρευνα.

Η επιτυχία του προγράμματος έδωσε την ώθηση για την επέκταση των ερευνητικών ευκαιριών για μαθητές λυκείου στο μέλλον. Ο Fenton ελπίζει να αυξήσει τον αριθμό των μαθητών που συμμετέχουν, συμβάλλοντας στην κατανόηση του εγκεφάλου.

Τι σημαίνει για τους χρήστες

Η έρευνα αυτή έχει τη δυνατότητα να προσφέρει νέες γνώσεις για τη λειτουργία της μνήμης και τις αιτίες των νευρολογικών ασθενειών, επηρεάζοντας θετικά την ανάπτυξη θεραπειών. Η χρήση προηγμένων τεχνολογιών όπως οι GPUs της NVIDIA και οι σταθμοί εργασίας HP αναδεικνύει το ρόλο της τεχνολογίας στην επιστημονική πρόοδο και την εκπαίδευση νέων επιστημόνων.