Ubongo wako unafanya orchestra nyingi za habari kwa wakati mmoja. Sauti Iliyowashwa, CC BY

Ubongo wa mwanadamu hutuma mamia ya mabilioni ya ishara za neva kila sekunde. Ni ngumu ngumu sana.

Ubongo wenye afya lazima uanzishe idadi kubwa ya unganisho sahihi na uhakikishe kuwa zinabaki sahihi kwa kipindi chote cha uhamishaji wa habari - ambayo inaweza kuchukua sekunde, ambayo kwa "wakati wa ubongo" ni ndefu sana.

Je! Kila ishara inafikaje kwenye marudio yake?

Changamoto kwa ubongo wako ni sawa na yale unayokabiliwa nayo wakati unajaribu kushiriki kwenye mazungumzo kwenye karamu ya kelele ya kelele. Una uwezo wa kuzingatia mtu unayezungumza naye na "bubu" mazungumzo mengine. Jambo hili ni kusikia kwa kuchagua - kile kinachoitwa athari ya sherehe ya karamu.

Wakati kila mtu kwenye sherehe kubwa, iliyojaa watu huzungumza kwa sauti kubwa sawa, kiwango cha sauti cha wastani cha mtu unayesema naye ni sawa na kiwango cha wastani cha mazungumzo yote ya wenzi wa sherehe pamoja. Ikiwa ni mfumo wa Televisheni ya satelaiti, usawa huu sawa wa ishara inayotakiwa na kelele ya nyuma ingesababisha mapokezi duni. Walakini, usawa huu ni mzuri wa kutosha kukuruhusu uelewe mazungumzo kwenye sherehe inayojaa.

Je! Ubongo wa mwanadamu hufanyaje, ikitofautisha kati ya mabilioni ya "mazungumzo" yanayoendelea ndani yake na kushikilia ishara maalum ya kujifungua?

Utafiti wa timu yangu katika mitandao ya neva ya ubongo inaonyesha kuna shughuli mbili ambazo zinasaidia uwezo wake wa kuanzisha unganisho la kuaminika mbele ya kelele kubwa ya kibaolojia. Ingawa mifumo ya ubongo ni ngumu sana, shughuli hizi mbili hufanya kama kile mhandisi wa umeme anachoita kichujio kinacholingana - kipengee cha usindikaji kinachotumiwa katika mifumo ya redio ya utendaji wa hali ya juu, na sasa inajulikana kuwa iko katika maumbile.

Neurons wakiimba kwa maelewano

Wacha tuchukue muda kuzingatia moja tu ya mamia ya mabilioni ya nyuzi za neva kwenye ubongo wa mwanadamu, ambazo nyingi zinafanya kazi wakati wowote kwa wakati. Wote wanafanya sehemu yao kutekeleza michakato ya fikra inayoruhusu wanadamu kufanya kazi kwa mafanikio na kuingiliana kwa maana na kila mmoja - kusaidia uwezo kama mwelekeo, umakini, kumbukumbu, utatuzi wa shida na utendaji wa utendaji.

Timu yangu ya utafiti imeunda mfano ambao unatafsiri shughuli za ubongo wa kibaolojia kwa anuwai ya wanadamu inayosikika, kwa hivyo sisi anaweza kusikia ubongo kazini. Hapa kuna nyuzi moja ya neva inayopeleka ishara yake kama katika mazingira bora, bila kelele:

Wakati nyuzi hii ya neva iliyochaguliwa inapitisha ishara kwenda kwa kulenga kule mahali pengine kwenye ubongo, ni juu ya kelele ya nyuma inayosababishwa na shughuli za nyuzi zingine zote zinazofanya kazi. Hapa kuna sauti ya nyuzi hiyo hiyo iliyozama kwenye sherehe ya karamu ya ubongo:

Kelele ya nyuma kwenye ubongo huchochea idadi ndogo ya nyuzi zingine za neva karibu na nyuzi za ujasiri wetu unganisha na kusambaza ujumbe huo huo. Usawazishaji huu hupunguza athari za kelele na inaboresha uwazi wa ishara.

Inafanya kazi hiyo, lakini sio kamili. Ni sawa na sauti nyingi zinazoimba kwa maelewano. Kila miradi ya sauti inasikika katika masafa yake ya kipekee kila wakati, na jumla ya idadi ya sauti zinazopanua masafa ya sauti ya kila mtu. Fikiria juu ya kwaya inayojaza ukumbi wa muziki na wimbo wake, tofauti na mwimbaji anayeimba sehemu moja tu. Mkakati huu unatajirisha yaliyomo kwenye masafa, huongeza kiwango cha ishara inayosambazwa na huongeza ubora wa mapokezi.

Wanasayansi wanaelezea jambo hili kama kuibuka kwa uhusiano, au kuunganisha, kati ya mifumo ya mwili iliyotenganishwa ya nyuzi za neva. Inaunda mfumo mkubwa, wa nguvu. Wazo sio tofauti sana na siri ya miaka 350, iliyotatuliwa mwishowe, ya jinsi gani saa za pendulum iliyowekwa kwenye ukuta huo huo unganisha kupitia vikosi vidogo vya mwili vilivyowekwa kwenye boriti inayounga mkono.

Wenzangu na mimi tunaamini kuwa uwezo huo huo wa "kusawazisha" unaweza kusababisha ugunduzi wa matibabu ya matibabu yasiyo ya kawaida ya shida za neva kama vile sclerosis nyingi. Hii inaweza kutekelezwa kwa kutumia kifaa kisichovamia cha neuromodulator kwenye uso wa kichwa kutoa vikosi vidogo vya nguvu vya umeme vya kawaida kwa mkoa wa ubongo walioathiriwa na ugonjwa huo. Kwa kubadilisha ishara za ubongo wa mgonjwa bila nguvu, vikosi hivi vya uwanja wa umeme vingeunda mazingira bora ya mtandao wa neva kwa uhamishaji wa habari.

Kama ngoma kwenye bendi, mawimbi ya ubongo husaidia 'kuweka mpigo.' Josh Sorenson / Unsplash, CC BY

Wabongo wakizungusha ngoma

Njia ya pili ya akili iliyokatiza mpasuko wa ishara ndio wanasayansi wa neva wanataja kama ufunguo wa utoaji. Ni jukumu lililochezwa na midundo ya asili ya ubongo, maarufu kama bongo.

Midundo hii ya ubongo hutengenezwa na seli za neva ambazo huwaka katika mifumo maalum, na kusababisha mawimbi ya shughuli za umeme kwa masafa fulani ya chini sana, kuanzia mzunguko wa 0.5 hadi 140 kwa sekunde. Kwa kulinganisha, simu za rununu hufanya kazi karibu na mizunguko 5,000,000,000 kwa sekunde. Mawimbi ambayo husaidia kutoa ishara kwa marudio katika mazingira yenye kelele ya ubongo yanaonekana kuwa mawimbi ya Alpha, mizunguko 8 hadi 13 kwa sekunde, au mawimbi ya Beta, mizunguko 13 hadi 32 kwa sekunde.

Katika maabara yangu, tunataja shughuli hii ya pili kama "kutembeza ngoma." Mzunguko wa bongo ni sawa na ile ya bass ndogo au ngoma ya bass inayotumiwa kuweka alama au kuweka wakati katika muziki wa kijeshi, mwamba, pop, jazba na muziki wa jadi wa orchestra.

Midundo hii ya masafa ya chini hufanya kama ufunguo wa kujifungua ambao umefurahishwa kwenye ishara inayosambazwa kama masafa ya ziada. Ni aina ya jinsi ishara za GPS linganisha mitandao ya mawasiliano. Sema kwamba ishara ya ubongo au ufunguo wa kujifungua ni mizunguko 10 kwa sekunde. Muda wa muda wa mzunguko mmoja ni sehemu ya kumi ya sekunde, kwa hivyo kitufe cha kujifungua kinatoa alama ya wakati kwenye sehemu ya mapokezi kila kumi ya sekunde.

Alama hii ya wakati inasaidia sana katika upokeaji sahihi wa ishara inayosambazwa. Kwa muhimu, ufunguo huu wa kujifungua unafungua tu, au kuamsha, kufuli kwenye sehemu inayokusudiwa ya kupokea. Wazo sio tofauti sana na utumiaji wa nywila kupata ufikiaji wa yaliyomo.

Wanasayansi wa neva wanaamini kuwa chaguo la ufunguo wa utoaji limetumika inategemea hali ya mtu binafsi. Kwa mfano, mawimbi ya Alpha yanahusishwa na kupumzika kwa kuamka na macho yamefungwa. Mawimbi ya Beta yanahusishwa na ufahamu wa kawaida wa kuamka na umakini.

Wanasayansi wanadhani kwamba kuhusishwa na kila ufunguo wa kujifungua, au densi ya ubongo, ni orodha ya kazi za utambuzi zinazoendana na hali ya mtu. Kwa hivyo, kwa mfano, ishara iliyotumwa na mizunguko 10 kwa sekunde Alfa ya ubongo wa densi ya ubongo iliyovutiwa tayari ina habari iliyosimbwa ndani yake juu ya kupumzika kwa kuamka.

Brainwaves ya shughuli za umeme zilikuwa ilibainika karibu miaka 100 iliyopita, na watafiti wanajifunza kila mara zaidi juu yao na jukumu lao katika tabia na utendaji wa ubongo.

Ili kuboresha mifumo ya mawasiliano, watafiti wanaweza kujifunza kutoka kwa jinsi ubongo hufanya kazi yake. Mario Caruso / Unsplash, CC BY

Kuunda mifumo iliyojengwa kwenye ubongo

Utafiti wa maabara yangu kwenye mitandao ya neva una maana ya sio tu kuelewa ubongo wa binadamu na kukuza taratibu zisizo za kawaida za uchunguzi na matibabu ya matibabu kwa anuwai ya shida ya neva, lakini pia kwa kubuni mifumo bora ya mawasiliano ya simu, mitandao, usalama wa mtandao, akili bandia na roboti.

Kwa mfano, ubongo wa mwanadamu unaonyesha jinsi miundo ya mfumo wa mawasiliano ya simu inaweza kuwa zaidi. Mitandao ya rununu ya 5G natumai kuhudumia vifaa kama milioni 1 katika maili mraba. Kwa upande mwingine, ubongo wa mwanadamu unaweza kuanzisha haraka unganisho milioni 1 ndani ya inchi ya ujazo ya tishu za ubongo.

Miundo ya mfumo wa mawasiliano ya simu ya leo imezuiliwa kwa sababu kimsingi hutoka kwa kanuni za nidhamu moja - uhandisi wa umeme na kompyuta. Hata mizunguko rahisi ya ubongo, nyuzi za neva, ambazo ni kama viungo kwenye mtandao wa mawasiliano, hufanya kazi kwa njia ngumu sana kulingana na kanuni za pamoja za biolojia, uhandisi wa kemikali, uhandisi wa mitambo na uhandisi wa umeme na kompyuta.

Kubuni mifumo inayofanana na uwezo wa ubongo wa mwanadamu itahitaji mbinu anuwai zaidi inayoonyeshwa katika kikundi changu cha utafiti - timu inayotokana na wataalam wa tiba, sayansi ya maisha, uhandisi na vifaa vya hali ya juu - na utafiti washirika.

Kuhusu Mwandishi

Salvatore Domenic Morger, Profesa wa Uhandisi wa Umeme na Uhandisi Bio, Chuo Kikuu cha Florida Kusini

Makala hii imechapishwa tena kutoka Mazungumzo chini ya leseni ya Creative Commons. Soma awali ya makala.

vitabu_sheria