Neironu ritmi ietekmē atmiņu
Smadzenes mācās, mainoties sinapses stiprumam - savienojumiem starp neironiem - atbildot uz stimuliem. Tagad, atklājumā, kas izaicina parasto gudrību par smadzeņu mācību mehānismiem, UCLA neirofiziķi ir atklājuši, ka ir optimāls smadzeņu “ritms” jeb biežums, lai mainītu sinaptisko spēku.
Tāpat kā radiostacijas stacijas, katra sinapses tiek noregulētas uz atšķirīgu mācīšanās optimālo frekvenci.
Pētnieki uzskata, ka atklājumi var novest pie vienotas teorijas par mehānismiem, kas ir mācīšanās pamatā smadzenēs - atklājums, kas varētu novest pie jaunām terapijas metodēm mācīšanās traucējumu ārstēšanā.
Pētījums parādās pašreizējā žurnāla numurā Robežas skaitļošanas neirozinātnē.
"Daudziem cilvēkiem ir mācīšanās un atmiņas traucējumi, un ārpus šīs grupas lielākā daļa no mums nav Einšteins vai Mocarts," teica Mayank R. Mehta, Ph.D., raksta vecākais autors. "Mūsu darbs liecina, ka dažas mācīšanās un atmiņas problēmas izraisa sinapses, kas netiek noregulētas pareizajā frekvencē."
Sinapses stipruma maiņa, reaģējot uz stimuliem, kas pazīstama kā sinaptiskā plastika, tiek izraisīta ar tā sauktajiem "smaile vilcieniem", neironu signālu sērijām, kas notiek ar dažādu frekvenci un laiku.
Iepriekšējos eksperimentos, lai izraisītu plastiskumu, tika izmantoti simtiem secīgu tapu ļoti augstfrekvences diapazonā. Tomēr tas nav tas gadījums, kad smadzenes tiek aktivizētas reālās dzīves uzvedības uzdevumu laikā, jo neironi izšauj tikai apmēram 10 secīgus tapas, nevis vairākus simtus. Un viņi to dara daudz zemākā frekvencē - parasti diapazonā 50 smaili sekundē.
Līdz šim pētnieki nebija spējuši veikt eksperimentus, kas imitētu dabiski sastopamākos līmeņus.
Jaunajā pētījumā Mehta un līdzautors Arvinds Kumars, Ph.D., pirmo reizi varēja iegūt šos mērījumus, izmantojot sarežģītu matemātisko modeli, kuru viņi izstrādāja un apstiprināja ar eksperimentāliem datiem.
Pretēji iepriekš pieņemtajam, Mehta un Kumars atklāja, ka, runājot par sinapses stimulēšanu ar dabiski sastopamiem smailes modeļiem, neironu stimulēšana visaugstākajās frekvencēs nebija labākais veids, kā palielināt sinaptisko spēku.
"Par pārsteigumu mēs atklājām, ka ārpus optimālās frekvences sinaptiskā stiprināšanās faktiski samazinājās, jo frekvences kļuva augstākas."
Zināšanas par to, ka sinapsei ir vēlama biežums maksimālai mācībai, lika pētniekiem salīdzināt optimālās frekvences, pamatojoties uz sinapses atrašanās vietu neironā.
Neironi ir veidoti kā koki, kur kodols ir koka pamats, dendrīti atgādina plašos zarus un sinapses, kas līdzinās lapām šajos zaros.
Kad Mehta un Kumars salīdzināja sinaptisko mācīšanos, pamatojoties uz to, kur dendrīta zaros atradās sinapses, tas, ko viņi atrada, bija nozīmīgs: optimālā sinaptiskās mācīšanās ierosināšanas frekvence mainījās atkarībā no tā, kur atradās sinapses. Jo tālāk sinaps bija no neirona šūnu ķermeņa, jo augstāka bija tā optimālā frekvence.
"Neticami, kad runa ir par mācīšanos, neirons izturas kā milzu antena, ar dažādām dendrītu zarām, kas maksimāli mācās, noregulētas uz dažādām frekvencēm," sacīja Mehta.
Pētnieki atklāja, ka katrai sinapsei ir vēlams biežums, lai sasniegtu optimālu mācīšanos, bet, lai panāktu vislabāko efektu, frekvencei jābūt pilnīgi ritmiskai - jāiestata precīzi ar laika intervālu. Pat optimālā frekvencē, ja ritms tika izmests, sinaptiskā mācīšanās ievērojami samazinājās.
Viņu pētījumi arī parādīja, ka pēc sinapses iemācīšanās tā optimālā frekvence mainās. Citiem vārdiem sakot, ja naivās sinapses optimālā frekvence - tāda, kas vēl neko nav iemācījusies - pēc mācīšanās būtu, piemēram, 30 tapas sekundē, tas pats sinapss optimāli mācītos zemākā frekvencē, teiksim, 24 tapas sekundē . Tādējādi pati mācīšanās maina sinapses optimālo biežumu.
Šim mācīšanās izraisītajam “noregulēšanas” procesam ir svarīga ietekme uz tādu problēmu ārstēšanu, kas saistītas ar aizmiršanu, piemēram, posttraumatiskā stresa traucējumi, sacīja pētnieki.
Lai gan ir nepieciešams daudz vairāk pētījumu, atklājumi rada iespēju, ka varētu tikt izstrādātas zāles, lai “pārregulētu” smadzeņu ritmus cilvēkiem ar mācīšanās vai atmiņas traucējumiem, vai ka daudzi citi no mums varētu kļūt par Einšteinu vai Mocartu, ja tiktu nodrošināts optimālais smadzeņu ritms. katram sinapsim.
"Mēs jau zinām, ka ir zāles un elektriskie stimuli, kas var mainīt smadzeņu ritmus," sacīja Mehta. "Mūsu atklājumi liecina, ka mēs varam izmantot šos rīkus, lai nodrošinātu optimālu smadzeņu ritmu mērķtiecīgiem savienojumiem, lai uzlabotu mācīšanos."
Avots: UCLA
