Peles virtuālās realitātes izpēte dod jaunas norādes par atmiņu
Lai uzzinātu, kā smadzenes veido īstermiņa atmiņas, kuras tiek izmantotas lēmumu pieņemšanā, tiek izmantota jauna pētījumu metode, kas ietver virtuālo realitāti un smadzeņu attēlveidošanu.
Prinstonas universitātes pētnieki pētīja žurkas, kad viņi vienojās par virtuālo labirintu. Sekojot peles smadzeņu aktivitātei, viņi atklāja secīgus neironu darbības modeļus, kad smadzenēs ir atmiņa.
Iepriekšējie pētījumi koncentrējās uz ideju, ka neironu populācijas atmiņas periodā sadedzina kopā ar līdzīgiem modeļiem.
Atzinumi izgaismo to, kas notiek smadzenēs “darba atmiņas” laikā, kad prāts uz neilgu laiku uzglabā informāciju, pirms to iedarbojas vai integrē ar citu informāciju.
Darba atmiņa ir galvenā argumentācijas, izpratnes un mācīšanās sastāvdaļa. Tiek uzskatīts, ka noteikti smadzeņu darbības traucējumi, piemēram, šizofrēnija, ir saistīti ar darba atmiņas deficītu.
“Tādu pētījumu kā šis mērķis ir izprast nervu darbības pamatprincipus normālas smadzeņu darba atmiņas laikā. Tomēr darbs nākotnē var palīdzēt pētniekiem saprast, kā smadzeņu darbības traucējumi, kas saistīti ar darba atmiņas deficītu, varētu mainīties, ”sacīja pētnieks Deivids Tanks.
Pētījumā secīgas neironu šaušanas modeļi atbilda tam, vai pele, pagriežoties labirintā, meklējot atlīdzību, pagriezīsies pa kreisi vai pa labi. Dažādi modeļi atbilda dažādiem pelēm pieņemtajiem lēmumiem, atklāja Prinstonas pētnieki.
Secīgi neironu šaušanas modeļi aptvēra aptuveni 10 sekunžu periodu, kas bija vajadzīgs, lai pele izveidotu atmiņu, saglabātu to un pieņemtu lēmumu par to, kādā virzienā pagriezties. Šajā periodā tika novērotas atšķirīgas neironu apakšgrupas, kas aizdegas secīgi.
Pētnieki saka, ka atklājumi ir pretrunā ar daudziem esošajiem modeļiem, kā smadzenes glabā atmiņas un pieņem lēmumus.
Kreisā un labā pagrieziena secību unikalitāte nozīmēja, ka smadzeņu attēlveidošanas eksperimenti būtībā ļāva pētniekiem veikt vienkāršu “domu lasīšanas” formu. Attēlveidojot un pārbaudot smadzeņu darbību peles labirinta sākumā, pētnieki varēja noteikt radīto neironu aktivitātes secību un varēja droši prognozēt, kādā virzienā pele griezīsies vairākas sekundes pirms pagrieziena faktiski sākās.
Jaunajā pētījumā atklātās nervu darbības sekvences notiek smadzeņu daļā, ko sauc par aizmugurējo parietālo garozu. Iepriekšējie pētījumi ar pērtiķiem un cilvēkiem liecina, ka aizmugurējā parietālā garoza ir smadzeņu daļa, kas ir svarīga kustību plānošanai, telpiskai uzmanībai un lēmumu pieņemšanai.
Jaunais pētījums ir pirmais, kas to analizē pelē. "Mēs ceram, ka, izmantojot peli kā paraugsistēmu, mēs varēsim izmantot spēcīgas ģenētiskās pieejas, lai izprastu sarežģītu kognitīvo procesu mehānismus," sacīja līdzautors Kristofers Hārvijs, Ph.D.
Unikāls šī pētījuma aspekts bija virtuālās realitātes izmantošana labirinta, nevis tradicionālā fiziskā labirinta radīšanai. Šī pieeja Tank laboratorijā tika izstrādāta pēdējos vairākus gadus.
Peles staigāja un skrēja uz sfēriska skrejceliņa virsmas, kamēr viņu galva kosmosā palika nekustīga, kas ir ideāli piemērots smadzeņu attēlveidošanai. Datorā radīti virtuālās vides skati tika projicēti uz platleņķa ekrāna, kas ieskauj skrejceliņu. Sfēras kustība, ko rada peles staigāšana un pagriešana, tika atklāti ar optiskiem sensoriem uz bumbas ekvatora un tika izmantoti, lai mainītu vizuālo displeju, lai simulētu kustību caur virtuālo vidi.
Lai attēlotu smadzenes, pētnieki izmantoja optisko mikroskopu, kas infrasarkano staru lāzera gaismu meklēja dziļi zem virsmas, lai vizualizētu neironu populāciju un reģistrētu to šaušanu.
Virtuālās realitātes sistēma apvienojumā ar attēlveidošanas sistēmu un kalcija sensoru ļāva pētniekiem redzēt atsevišķu neironu populācijas, kas šaudās darba smadzenēs. "Tas ir tā, it kā mēs atvērtu datoru un apskatītu visus signālus, lai saprastu, kā tas darbojas," sacīja Tanks.
Izmeklētāji atzīst, ka atsevišķu neironu populāciju pētījumi, ko sauc par šūnu izšķirtspējas mērījumiem, ir sarežģīti, jo smadzenēs ir miljardi neironu, kas ir cieši sapakoti.
Tvertnes laboratorijas izstrādātais aparāts ir viens no nedaudzajiem, kas var reģistrēt atsevišķu neironu grupu izšaušanu smadzenēs, kad subjekts ir nomodā. Lielākā daļa cilvēku smadzeņu darbības pētījumu ietver aktivitātes izpēti visos smadzeņu reģionos, izmantojot tādu rīku kā magnētiskās rezonanses attēlveidošana (MRI), kas kopā vidēji nosaka daudzu tūkstošu neironu darbību.
"Dati diezgan skaidri atklāj, ka vismaz kāda īstermiņa atmiņas forma ir balstīta uz neironu secību, kas informāciju pārraida no viena uz otru, sava veida" neironu kausa brigāde "," sacīja neirozinātnieks Kristofs Kohs, kurš bija nav iesaistīts pētījumā.
Pētījums ir publicēts žurnālā tiešsaistē Daba.
Avots: Prinstonas universitāte
