Neuronaalsed rütmid mõjutavad mälu
Aju õpib vastuseks ärritustele oma sünapside tugevuse muutuste kaudu - neuronite vahelised ühendused. UCLA neurofüüsikud leidsid, et avastus, mis seab tavapärase tarkuse õppimise ajamehhanismidele, on olemas, et sünaptilise tugevuse muutmiseks on optimaalne aju „rütm” või sagedus.
Ja nagu raadiojaama raadiojaamad, häälestatakse iga sünaps õppimiseks erinevale optimaalsele sagedusele.
Teadlaste arvates võivad leiud viia ühtse teooriani ajus õppimise aluseks olevate mehhanismide kohta - avastus, mis võib viia uute õpiraskuste raviviisideni.
Uuring ilmub ajakirja praeguses väljaandes Piirid arvutuslikus neuroteaduses.
"Paljudel inimestel on õpi- ja mäluhäired ning väljaspool seda rühma pole enamik meist Einstein ega Mozart," ütles Mayank R. Mehta, Ph.D., artikli vanem autor. "Meie töö viitab sellele, et mõned õppimise ja mäluga seotud probleemid on tingitud sellest, et sünapsid pole õigel sagedusel häälestatud."
Sünapsi tugevuse muutus vastusena stiimulitele - tuntud kui sünaptiline plastilisus - indutseeritakse niinimetatud "naasturongide" kaudu, mitmesuguste sageduste ja ajastusega esinevate närvisignaalide seeria kaudu.
Varasemad katsed kasutasid plastilisuse tekitamiseks sadu järjestikuseid piike väga kõrgsagedusalas. Kuid see pole nii, kui aju aktiveeritakse tegelike käitumisülesannete täitmisel, kuna neuronid lasevad ainult umbes 10 järjestikust piiki, mitte mitusada. Ja nad teevad seda palju madalamal sagedusel - tavaliselt vahemikus 50 naelu sekundis.
Siiani ei olnud teadlased suutnud läbi viia katseid, mis simuleerisid looduslikumaid tasemeid.
Uues uuringus suutsid Mehta ja kaasautor Arvind Kumar, Ph.D., saada need mõõtmised esmakordselt keeruka matemaatilise mudeli abil, mille nad töötasid välja ja valideerisid katseandmetega.
Vastupidiselt varem oletatule leidsid Mehta ja Kumar, et looduslikult esinevate piigimustritega sünapside stimuleerimise osas ei olnud neuronite stimuleerimine kõige kõrgematel sagedustel parim viis sünaptilise jõu suurendamiseks.
"Üllatuseks leidsime, et väljaspool optimaalset sagedust langes sünaptiline tugevnemine, kuna sagedused muutusid kõrgemaks."
Teadmine, et sünapsil on maksimaalse õppimise jaoks eelistatud sagedus, viis teadlased võrdlema optimaalseid sagedusi, lähtudes sünapsi asukohast neuronil.
Neuronid on puukujulised, tuum on puu alus, dendriidid sarnanevad ulatuslike okstega ja sünapsi lehtedega.
Kui Mehta ja Kumar võrdlesid sünaptilist õppimist selle põhjal, kus dendriitsetes harudes paiknesid sünapsid, oli see, mida nad leidsid, märkimisväärset: sünaptilise õppimise esilekutsumise optimaalne sagedus muutus sõltuvalt sünapsi asukohast. Mida kaugemal oli sünaps neuroni rakukehast, seda suurem oli selle optimaalne sagedus.
"Uskumatul kombel käitub neuron nagu hiiglaslik antenn, kusjuures dendriitide erinevad harud on maksimaalseks õppimiseks häälestatud erinevatele sagedustele," ütles Mehta.
Teadlased leidsid, et optimaalse õppimise saavutamiseks on igal sünapsil mitte ainult eelistatud sagedus, vaid parima efekti saavutamiseks peab sagedus olema täiesti rütmiline - ajastatud täpsete intervallidega. Isegi optimaalsel sagedusel, kui rütm maha visata, vähenes sünaptiline õppimine oluliselt.
Nende uuringud näitasid ka seda, et kui sünaps on õppinud, muutub selle optimaalne sagedus. Teisisõnu, kui naiivse sünapsi optimaalne sagedus - selline, mis pole veel midagi õppinud - oleks pärast õppimist 30 naelu sekundis, õpiks sama sünaps optimaalselt madalama sagedusega, näiteks 24 naelu sekundis . Seega muudab õppimine ise sünapsi optimaalset sagedust.
Sellel õppimise põhjustatud "häälestamise" protsessil on oluline mõju unustamisega seotud häirete, näiteks traumajärgse stressihäire ravimisel, ütlesid teadlased.
Ehkki vaja on palju rohkem uuringuid, tõstatavad leiud võimaluse, et võiks välja töötada ravimeid õpi- või mäluhäiretega inimeste ajurütmide "ümberhäälestamiseks" või et paljudest meist võiks saada optimaalse ajurütmi saavutamisel Einstein või Mozart igale sünapsile.
"Me teame juba, et on olemas ravimeid ja elektrilisi stiimuleid, mis võivad aju rütme muuta," ütles Mehta. "Meie järeldused näitavad, et saame kasutada neid tööriistu, et pakkuda optimaalset ajurütmi sihitud ühendustele õppimise tõhustamiseks."
Allikas: UCLA
