Studija virtualne stvarnosti miševa daje nove tragove o pamćenju
Nova metoda istraživanja koja uključuje virtualnu stvarnost i slikanje mozga koristi se kako bi se naučilo kako mozak stvara kratkoročna sjećanja koja se koriste u donošenju odluka.
Istraživači sa Sveučilišta Princeton proučavali su štakore dok su pregovarali o virtualnom labirintu. Slijedeći moždanu aktivnost miševa otkrili su sekvencijalne obrasce aktivnosti neurona kada mozak drži uspomenu.
Prethodno istraživanje usredotočilo se na ideju da populacije neurona pucaju zajedno sa sličnim uzorcima tijekom razdoblja pamćenja.
Otkrića otkrivaju što se događa u mozgu tijekom "radne memorije", kada um kratko vrijeme pohranjuje informacije prije nego što djeluje na njih ili ih integrira s drugim informacijama.
Radna memorija središnja je komponenta razmišljanja, razumijevanja i učenja. Smatra se da određeni moždani poremećaji poput šizofrenije uključuju nedostatke u radnoj memoriji.
„Studije poput ove usmjerene su na razumijevanje osnovnih principa živčane aktivnosti tijekom radnog pamćenja u normalnom mozgu. Međutim, rad u budućnosti može pomoći istraživačima da shvate kako se aktivnost može promijeniti u poremećajima mozga koji uključuju nedostatke u radnoj memoriji “, rekao je istraživač David Tank, dr. Sc.
U studiji su obrasci sekvencijalnog pucanja neurona odgovarali tome hoće li se miš okretati lijevo ili desno dok se kretao labirintom u potrazi za nagradom. Istraživači s Princetona otkrili su da različiti obrasci odgovaraju različitim odlukama koje su donijeli miševi.
Sekvencijalni uzorci pucanja neurona obuhvaćali su otprilike 10 sekundi koje je bilo potrebno da miš formira memoriju, pohrani je i donese odluku o tome na koji će se način okrenuti. Tijekom tog razdoblja primijećeno je da se podskupovi neurona pucaju u nizu.
Istraživači kažu da su nalazi u suprotnosti s mnogim postojećim modelima kako mozak pohranjuje uspomene i donosi odluke.
Jedinstvenost slijeda skretanja ulijevo i udesno značila je da su eksperimenti sa slikanjem mozga u osnovi omogućili istraživačima da izvedu jednostavan oblik "čitanja misli". Snimanjem i ispitivanjem moždane aktivnosti rano u toku trčanja miša niz labirint, istraživači su mogli identificirati sekvencu neuronske aktivnosti koja se proizvodi i mogli pouzdano predvidjeti u kojem će se smjeru miš okrenuti nekoliko sekundi prije nego što je okretanje zapravo počelo.
Sljedovi živčane aktivnosti otkriveni u novoj studiji odvijaju se u dijelu mozga koji se naziva stražnji tjemeni korteks. Prethodne studije na majmunima i ljudima ukazuju da je stražnji tjemeni korteks dio mozga koji je važan za planiranje pokreta, prostornu pažnju i donošenje odluka.
Nova studija prva ga je analizirala na mišu. "Nadamo se da ćemo uporabom miša kao našeg modela sustava moći koristiti moćne genetske pristupe za razumijevanje mehanizama složenih kognitivnih procesa", rekao je koautor dr. Christopher Harvey.
Jedinstveni aspekt ove studije bila je uporaba virtualne stvarnosti za stvaranje labirinta, umjesto tradicionalnog fizičkog labirinta. Ovaj se pristup razvijao u laboratoriju Tank posljednjih nekoliko godina.
Miševi su hodali i trčali po površini sferne trake, dok im je glava ostala nepomična u svemiru, što je idealno za snimanje mozga. Računalno generirani pogledi na virtualna okruženja projicirali su se na širokokutni zaslon koji okružuje traku za trčanje. Kretanje kugle proizvedeno mišem u hodu i okretanju otkrili su optički senzori na ekvatoru lopte i koristili se za promjenu vizualnog prikaza kako bi simulirao kretanje kroz virtualno okruženje.
Kako bi slikali mozak, istraživači su upotrijebili optički mikroskop koji je koristio infracrveno lasersko svjetlo kako bi pogledao duboko ispod površine kako bi vizualizirao populaciju neurona i zabilježio njihovo pucanje.
Sustav virtualne stvarnosti, u kombinaciji sa slikovnim sustavom i senzorom kalcija, omogućio je istraživačima da vide populacije pojedinih neurona koji pucaju u radnom mozgu. "Kao da otvaramo računalo i promatramo sve signale kako bismo shvatili kako to radi", rekao je Tank.
Istražitelji priznaju da su studije populacija pojedinih neurona, nazvane mjerenjima stanične rezolucije, izazovne jer mozak sadrži milijarde neurona čvrsto spakiranih.
Instrumentacija koju je razvio laboratorij Tank jedna je od rijetkih koja može zabilježiti pucanje skupina pojedinačnih neurona u mozgu kada je ispitanik budan. Većina studija moždane funkcije kod ljudi uključuje proučavanje aktivnosti u čitavim regijama mozga pomoću alata poput magnetske rezonancije (MRI) koji zajedno prosječuje aktivnost mnogih tisuća neurona.
"Podaci sasvim jasno otkrivaju da se barem neki oblik kratkoročnog pamćenja temelji na slijedu neurona koji prenose informacije od jednog do drugog, svojevrsne" brigade neuronskih kašika ", rekao je Christof Koch, neuroznanstvenik koji je bio nije uključen u studiju.
Studija je objavljena na mreži u časopisu Priroda.
Izvor: Sveučilište Princeton
