Kuidas aju uut teavet eesmärkide seadmisse ühendab
Inimeste vabatahtlike ajuuuringute abil leidsid Princetoni neuroteaduste instituudi (PNI) teadlased, et eesmärkide ajakohastamine toimub prefrontaalses ajukoores ja see näib hõlmavat ajukemikaaliga seotud dopamiiniga seotud signaale. Kui teadlased kasutasid selle ajupiirkonna tegevuse katkestamiseks magnetimpulssi, ei suutnud vabatahtlikud mängu ümber minna, kui nad pidid nuppu vajutama, kui nad nägid ekraanil hüppeid.
"Oleme leidnud põhimõttelise mehhanismi, mis aitab kaasa aju võimele keskenduda ühele ülesandele ja seejärel paindlikult teisele ülesandele üle minna," ütles PhI, Jonathan Cohen, PNI kaasdirektor. "Selle süsteemi kahjustused on paljude kognitiivse funktsiooni kriitiliste häirete jaoks keskse tähtsusega, näiteks skisofreenia ja obsessiiv-kompulsiivse häire korral."
Cohen selgitas, et olemasolevad uuringud on näidanud, et kui ülesande, käitumise või eesmärgi värskendamiseks kasutatakse uut teavet, hoitakse seda teavet lühiajalises mälus, mida nimetatakse töömäluks. Teadlased ei teadnud aga, milliseid mehhanisme selle teabe ajakohastamisel kasutati.
Selle välja selgitamiseks kasutas Coheni uurimisrühm funktsionaalse magnetresonantstomograafia (fMRI) abil vabatahtlike aju, kes mängisid mängu, kus nad vajutasid konkreetsest visuaalsest vihjest sõltuvalt konkreetset nuppu.
Kui vabatahtlik nägi A-tähte enne X-tähe nägemist, pidi ta vajutama nuppu 1. Kui aga vabatahtlik nägi B-tähte enne X-i nägemist, pidi osaleja vajutama nuppu 2. A ja B said kätte uue teabena, mida inimene kasutas oma eesmärgi ajakohastamiseks, otsustades, millist nuppu vajutada. Ülesande teises versioonis nõuti, et samad osalejad vajutaksid nuppu 1, kui nad näevad tähte X, olenemata sellest, kas kuvati A või B.
FMRI abil tuvastasid teadlased ülesannete käigus parempoolses prefrontaalses ajukoores aktiivsuse, mis nõudis osalejatelt enne õige nupu vajutamist meeles pidamist, kas nad nägid tähte A või B, kuid mitte nende ülesannete ajal, kus osaleja pidi nuppu vajutama ainult viipamise korral X-i poolt.
Need tulemused kinnitasid Coheni juhitud eelmise uuringu tulemusi, kus aju aktiivsuse ajastamise mõõtmiseks kasutati teist skaneerimismeetodit. Elektroentsefalograafiat (EEG) kasutades leidsid teadlased, et prefrontaalne ajukoor näitas aju elektrilise aktiivsuse tõusu 150 millisekundit pärast seda, kui osaleja vaatas A- või B-tähte.
Uue uuringu jaoks näitasid teadlased, et prefrontaalne ajukoor on tõesti töömälu ajakohastamisega seotud ajupiirkond, saates piirkonda lühikese magnetimpulsi. See pulss häiris ajukoore aktiivsust täpselt sel ajal - nagu näitas EEG - teadlased kahtlustasid, et prefrontaalne ajukoor ajakohastab töömälu.
Kui teadlased tutvustasid pulssi prefrontaalse koore paremale küljele umbes 150 millisekundit pärast seda, kui vabatahtlikud nägid A või B, ei suutnud osalejad õigeid nuppe vajutada, ütles Cohen.
"Me ennustasime, et kui impulss edastatakse fMRI abil täheldatud parempoolse prefrontaalse ajukoore ossa ja ajal, mil aju ajakohastab oma teavet, nagu on näidanud EEG, siis ei säilitaks katsealune teavet A ja B kohta, segades tema tegevust nupuvajutusega ülesandel, ”sõnas Cohen.
Lõpuks uurisid teadlased oma teooriat, mille kohaselt dopamiin - looduslikult esinev kemikaal, mis on seotud motivatsiooni ja tasustamisega - märgib prefrontaalsesse ajukooresse sisenevat uut teavet töömälu ja eesmärkide ajakohastamiseks oluliseks.
Cohen ja tema meeskond kujutasid ajupiirkonda, mida nimetatakse keskajuks ja mis sisaldab närvirakkude klastreid, mida nimetatakse dopaminergilisteks tuumadeks ja mis on aju suurema osa dopamiinisignaalide allikas.
Kasutades kõrge eraldusvõimega fMRI-d, uurisid teadlased nende dopamiini vabastavate rakkude aktiivsust mängus osalenud vabatahtlike ajus. Teadlased leidsid, et aktiivsus nendes piirkondades korreleerus aktiivsusega paremas prefrontaalses ajukoores ja vabatahtlike võimega vajutada õigeid nuppe.
"Tähelepanuväärne osa oli see, et dopamiinisignaalid korreleerusid nii meie vabatahtlike käitumise kui ka nende ajutegevusega prefrontaalses ajukoores," ütles Cohen. "See leiude tähtkuju annab kindlaid tõendeid selle kohta, et dopaminergilised tuumad võimaldavad prefrontaalsel ajukoorel hoida kinni käitumise värskendamiseks olulisest teabest, kuid mitte teabest, mis seda pole."
Uuringu avaldas Rahvusliku Teaduste Akadeemia toimetised.
Allikas: Princetoni ülikool
