Sjećanje utjecaja neuronskih ritmova
Mozak uči kroz promjene snage svojih sinapsi - veza između neurona - kao odgovor na podražaje. Sada, u otkriću koje osporava konvencionalnu mudrost o moždanim mehanizmima učenja, neurofizičari UCLA otkrili su da postoji optimalan moždani "ritam" ili frekvencija za promjenu sinaptičke snage.
I poput postaja na radijskom brojčaniku, svaka je sinapsa podešena na različitu optimalnu frekvenciju za učenje.
Istraživači vjeruju da bi otkrića mogla dovesti do jedinstvene teorije mehanizama koji leže u osnovi učenja u mozgu - otkriće koje bi moglo dovesti do novih terapija za liječenje poteškoća u učenju.
Studija je objavljena u trenutnom broju časopisa Granice u računalnoj neuroznanosti.
"Mnogi ljudi imaju poremećaje učenja i pamćenja, a izvan te skupine većina nas nije Einstein ili Mozart", rekao je dr. Mayank R. Mehta, stariji autor lista. "Naš rad sugerira da neke probleme s učenjem i pamćenjem uzrokuju sinapse koje nisu podešene na pravu frekvenciju."
Promjena jačine sinapse kao odgovor na podražaje - poznata kao sinaptička plastičnost - inducirana je takozvanim "šiljastim vlakovima", nizom neuronskih signala koji se javljaju s različitom učestalošću i vremenom.
Prethodni eksperimenti koristili su stotine uzastopnih skokova u vrlo visokofrekventnom području kako bi se potaknula plastičnost. Međutim, to nije slučaj kada se mozak aktivira tijekom stvarnih zadataka u ponašanju, jer neuroni ispaljuju samo 10-ak uzastopnih skokova, a ne nekoliko stotina. I to na mnogo nižoj frekvenciji - obično u rasponu od 50 skokova u sekundi.
Do sada istraživači nisu mogli provesti eksperimente koji su simulirali prirodnije razine.
U novom su istraživanju Mehta i koautor dr. Arvind Kumar po prvi puta uspjeli dobiti ta mjerenja koristeći sofisticirani matematički model koji su razvili i potvrdili eksperimentalnim podacima.
Suprotno onome što se prethodno pretpostavljalo, Mehta i Kumar otkrili su da kada je riječ o poticanju sinapsi prirodnim uzorcima klasova, stimuliranje neurona na najvišim frekvencijama nije najbolji način za povećanje sinaptičke snage.
"Na naše iznenađenje, otkrili smo da je sinaptičko jačanje izvan optimalne frekvencije zapravo opalo kako su frekvencije postajale sve veće."
Znanje da sinapsa preferira frekvenciju za maksimalno učenje navelo je istraživače da uspoređuju optimalne frekvencije na temelju mjesta sinapse na neuronu.
Neuroni su oblikovani poput drveća, pri čemu je jezgra osnova stabla, dendriti nalikuju opsežnim granama, a sinapse nalik lišću na tim granama.
Kada su Mehta i Kumar uspoređivali sinaptičko učenje na temelju toga gdje su se sinapse nalazile na dendritičkim granama, ono što su otkrili bilo je značajno: optimalna učestalost izazivanja sinaptičkog učenja mijenjala se ovisno o tome gdje se sinapsa nalazila. Što je sinapsa bila udaljenija od tijela neurona, to je bila veća optimalna učestalost.
"Nevjerojatno, što se tiče učenja, neuron se ponaša poput divovske antene, s različitim granama dendrita podešenim na različite frekvencije za maksimalno učenje", rekao je Mehta.
Istraživači su otkrili da ne samo da svaka sinapsa ima željenu frekvenciju za postizanje optimalnog učenja, već za najbolji učinak frekvencija mora biti savršeno ritmična u točno određenim intervalima. Čak i na optimalnoj frekvenciji, ako je ritam izbačen, sinaptičko učenje bilo je znatno smanjeno.
Njihovo istraživanje također je pokazalo da se nakon što sinapsa nauči, njezina optimalna frekvencija mijenja. Drugim riječima, kad bi optimalna frekvencija za naivnu sinapsu - onu koja još nije ništa naučila - bila, recimo, 30 skokova u sekundi, nakon učenja ta bi ista sinapsa optimalno učila na nižoj frekvenciji, recimo 24 skoka u sekundi , Dakle, samo učenje mijenja optimalnu učestalost za sinapsu.
Ovaj proces "detuninga" izazvan učenjem ima važne implikacije na liječenje poremećaja povezanih s zaboravom, poput posttraumatskog stresnog poremećaja, rekli su istraživači.
Iako je potrebno mnogo više istraživanja, nalazi otvaraju mogućnost da se lijekovi mogu razviti kako bi se "preuredilo" moždane ritmove ljudi s poremećajima učenja ili pamćenja ili da bi mnogo više od nas moglo postati Einstein ili Mozart ako bi se isporučio optimalni moždani ritam svakoj sinapsi.
"Već znamo da postoje lijekovi i električni podražaji koji mogu promijeniti moždani ritam", rekao je Mehta. "Naša otkrića sugeriraju da ove alate možemo koristiti za postizanje optimalnog ritma mozga ciljanim vezama kako bismo poboljšali učenje."
Izvor: UCLA
