Hjärnrytmbrytare kritisk för att lära sig vanligt beteende


Hjärnrytmbrytare kritisk för att lära sig vanligt beteende

Förekomsten av hjärnvågor (rytmiska fluktuationer av elektrisk aktivitet som tros spegla hjärnans tillstånd) är inte en ny upptäckt, och neurovetenskapliga experter vet att hjärnans aktivitet under vila saktar ner till en alfasymtom på cirka 8 till 10 cykler eller hertz per sekund.

Neuroscientists vid Massachusetts Institute of Technology (MIT) genomförde en studie för att utvärdera om dessa vågor har en kognitiv betydelse, om någon, vad gäller funktioner, såsom lärande och minne. Resultaten avslöjade att en växling mellan två av dessa rytmer är avgörande för att lära sig vanligt beteende.

Studien, som publicerades i veckan i Förlopp av National Academy of Sciences Visar att hos råttor som lärde sig att springa en labyrint, förändras aktiviteten i en hjärnområde som kontrollerar vanabildning från en snabb och kaotisk rytm till en långsammare, mer synkroniserad takt. Enligt professor Ann Graybiel, senior författare till PNAS-pappret och ledande forskare vid McGovern-institutet för hjärnforskning vid MIT, är den omkopplare som händer det ögonblick som råttorna börjar behärska labyrinten troligen den signal som en vana har bildats. Denna process representerar en nyckelroll för att förstå hur hjärnan omorganiserar sig under lärandet.

Rytmer i hjärnan

Forskning har observerat flera hjärnvågor av olika frekvenser hos människor och andra djur. Lead författare Graybiel och doktorand Mark Howe bestämde sig för att undersöka om de kunde länka dessa rytmer till förändringar i hjärnans tillstånd som åtföljer inlärning. Deras studie fokuserade på beta-vågor (Bandbredd 15 till 28 hertz), som är kopplade till brist på rörelse och höga gammaböljor (Bandbredd 70 till 90 hertz) med mycket uppmärksamma tillstånd.

Graybils laboratorium visade tidigare att mönster av elektrisk aktivitet i basal ganglia delen av hjärnan är avgörande för vanaformning. Vanor börjar när en viss åtgärd skördar någon form av fördel, men med tiden blir denna handling till andra naturen och utförs även om den inte längre får en belöning. I extrema fall kan det till exempel innebära att man fortsätter att skrapa en del av kroppen även efter att klåset har slutat.

Howe undersökte hjärnrytmer i en region längst ner i basalganglierna, känd som ventralstriatum, vilket är nödvändigt för att reagera på smärta eller nöje men också mycket involverad i missbruk. För att mäta hjärnaktivitet, använde Howe råttor som körde längs en T-formad labyrint. Djuren fick lära sig att svänga åt vänster eller höger som svar på ett ljud; Om de vrider sig rätt i slutet av labyrinten fick de en belöning: chokladmjölk.

Under de första körningarna, t.ex. Medan råttorna fortfarande lärde sig labyrinten, observerade forskarna sprickor av ventralstriatumaktivitet i gammfrekvensområdet strax innan råttorna avslutade labyrinten. Denna aktivitet sprids genom hela ventralstriatumen: Celler synkroniseras med rytmen vid olika tidpunkter, på ett ganska okoordinerat sätt.

När råttorna började lära sig hur belöningen var tjänade, började gamma-aktiviteten att blekna ut att ersättas med korta sprickor av aktivitet i det lägre frekvensbandet, strax efter att de hade avslutat labyrinten. Jämfört med de första körningarna blev aktiviteten mycket mer samordnad genom hela ventralstriatumet.

Förstärkning vanor

Forskarna mäste också aktivitet från enkla neuroner i ventralstriatum för att uppnå en djupare insikt om vad som hände under detta frekvensskifte och upptäckte att aktiviteten i två grupper av neuroner samordnade med svängningarna. De observerade att utgångsneuroner, som kontrollerar ventralstriatumets kommunikation med resten av hjärnan, spikade under topparna hos både gamma- och beta-oscillationer, med en annan typ som hämmar de utgående neuronerna och spikar vid oscillationsens tråg.

Howe sade: "När du har en stark rytm, svänger dessa två populationer av neuroner i motsatta riktningar."

Detta resultat tyder på att under högrafrekvensaktiviteten i utgångsneuronerna i ventralstriatumen under råttornas lärprocess av ett nytt beteende sänder meddelanden till resten av hjärnan som riktar den för att lära sig ett nytt beteende, vilket förstärktes av choklad pris. Efteråt, när beteendet är lärt och bildat en vana, behöver dessa budskap inte längre behövas. De stängs av hämmande neuroner under beta-oscillationerna.

Graybiel förklarade:

"När råttorna lärde sig, försvinner den förstärkningssignalen, för att du verkligen inte behöver det. Det hjälper hjärnan, för när den vana är formad, vad du vill göra är att frigöra den där hjärnan så att du kan göra något annat - skapa en ny vana eller tänk en bra tanke."

Forskarna, inklusive Howe, Graybiel och andra laboratoriemedlemmar Hisham Attalah, Dan Gibson och Andrew McCool planerar ytterligare undersökningar om huruvida vanaformning avbryts om de förändrar hjärnrytmen i ventralstriatum och identifierar de neuroner som är inblandade mer specifikt. Identifiering och kontroll av sådana neuroner kan skapa nya metoder för att bekämpa missbruk, en extrem form av vanligt beteende.

Are GMOs Good or Bad? Genetic Engineering & Our Food (Video Medicinsk Och Professionell 2019).

Avsnitt Frågor På Medicin: Medicinsk praktik