Hiirte virtuaalse reaalsuse uuring annab mälule uusi vihjeid

Uut uurimismeetodit, mis hõlmab virtuaalset reaalsust ja ajukuvamist, kasutatakse õppimiseks, kuidas aju moodustab otsuste tegemisel kasutatavaid lühiajalisi mälestusi.

Princetoni ülikooli teadlased uurisid rotte, kui nad pidasid virtuaalset labürinti. Hiirte ajutegevust jälgides avastasid nad neuronite järjestikused mustrid, kui aju hoiab mälu.

Varasemad uuringud keskendusid ideele, et neuronite populatsioonid põlevad mälu perioodil üksteisega sarnaste mustritega.

Leiud valgustavad seda, mis juhtub ajus “töömälu” ajal, kui mõistus salvestab teavet lühikese aja jooksul enne selle toimimist või muu teabega integreerimist.

Töömälu on arutluste, mõistmise ja õppimise keskne komponent. Arvatakse, et teatud ajukahjustused, nagu skisofreenia, hõlmavad töömälu puudujääke.

$config[ads_text1] not found

„Selliste uuringute eesmärk on mõista närviaktiivsuse põhiprintsiipe normaalse aju töömälu ajal. Kuid see töö võib tulevikus aidata teadlastel mõista, kuidas aktiivsus võib muutuda aju häirete korral, mis hõlmavad töömälu puudujääke, ”ütles teadur David Tank.

Uuringus vastasid neuronite järjestikuse tulistamise mustrid sellele, kas hiir pöörab tasu otsimisel labürindis liikudes vasakule või paremale. Erinevad mustrid vastasid hiirte erinevatele otsustele, leidsid Princetoni teadlased.

Neuronite järjestikused tulistamismustrid hõlmasid umbes kümnesekundilist perioodi, mis kulus hiirel mälu moodustamiseks, mälu salvestamiseks ja otsuse tegemiseks. Sel perioodil täheldati neuronite eri alamhulkade järjestikust tulekahju.

Teadlaste sõnul on leiud vastuolus paljude olemasolevate mudelitega, kuidas aju mälestusi salvestab ja otsuseid langetab.

Vasak- ja parempöördelise järjestuse ainulaadsus tähendas seda, et aju pildistamise katsed võimaldasid teadlastel sisuliselt teostada lihtsat vormi "mõtete lugemine". Kujutades ja uurides ajutegevust varases hiire labürindis, teadlased suutsid tuvastada tekitatava närviaktiivsuse järjestuse ja võisid usaldusväärselt ennustada, kuidas hiir pöördus mitu sekundit enne pöörde algust.

$config[ads_text2] not found

Uues uuringus avastatud närviaktiivsuse järjestused toimuvad aju osas, mida nimetatakse tagumiseks parietaalseks ajukooreks. Varasemad ahvide ja inimeste uuringud näitavad, et tagumine parietaalne ajukoor on aju osa, mis on oluline liikumise planeerimise, ruumilise tähelepanu ja otsuste tegemise jaoks.

Uus uuring analüüsib seda hiirega esimesena. "Loodame, et kasutades hiirt oma mudelsüsteemina, saame keeruliste kognitiivsete protsesside mehhanismide mõistmiseks kasutada võimsaid geneetilisi lähenemisviise," ütles kaasautor Ph.D. Christopher Harvey.

Selle uuringu ainulaadne aspekt oli virtuaalse reaalsuse kasutamine labürindi, mitte traditsioonilise füüsilise labürindi loomiseks. Seda lähenemist on tanki laboris arendatud juba mitu viimast aastat.

Hiired kõndisid ja jooksid sfäärilise jooksulindi pinnal, samal ajal kui nende pea jäi ruumis paigale, mis on ideaalne aju pildistamiseks. Arvutiga loodud vaated virtuaalsetest keskkondadest projitseeriti jooksulinti ümbritseval lainurkekraanil. Palli ekvaatoril olevad optilised andurid tuvastasid hiire kõndimisel ja pööramisel tekkinud sfääri liikumise ning seda kasutati visuaalse kuva muutmiseks, et simuleerida liikumist läbi virtuaalse keskkonna.

Aju pildistamiseks kasutasid teadlased optilist mikroskoobi, mis kasutas infrapunase laserkiirguse abil sügavale pinna alla vaatamiseks, et visualiseerida neuronite populatsiooni ja registreerida nende tulekahju.

$config[ads_text3] not found

Virtuaalreaalsuse süsteem koos pildisüsteemi ja kaltsiumisensoriga võimaldas teadlastel näha töötavas ajus tulistavate üksikute neuronite populatsioone. "See on nagu avaksime arvuti ja vaataksime sisse kõik signaalid, et aru saada, kuidas see töötab," ütles Tank.

Uurijad tunnistavad, et üksikute neuronite populatsioonide uuringud, mida nimetatakse raku lahutusvõime mõõtmisteks, on keeruline, kuna aju sisaldab miljardeid neuroneid, mis on tihedalt kokku pandud.

Tanki labori väljatöötatud instrument on üks väheseid, mis suudab registreerida ärkvel olles üksikute neuronite rühmade tulistamist ajus. Enamik uuringutest inimeste ajufunktsioonide kohta hõlmab aktiivsuse uurimist tervetes ajupiirkondades, kasutades sellist tööriista nagu magnetresonantstomograafia (MRI), mis keskmiselt hindab paljude tuhandete neuronite aktiivsust.

"Andmed näitavad üsna selgelt, et vähemalt mingis vormis lühiajaline mälu põhineb neuronite järjestusel, mis edastab teavet ühelt teisele, mingi" neuronaalse kopa brigaad "," ütles neuroteadlane Christof Koch. uuringus ei osalenud.

Uuring on ajakirjas veebis avaldatud Loodus.

Allikas: Princetoni ülikool