Pelių virtualios realybės tyrimas suteikia naujų atminties įžvalgų
Norint sužinoti, kaip smegenys formuoja trumpalaikius prisiminimus, naudojamus priimant sprendimus, naudojamas naujas tyrimo metodas, apimantis virtualią realybę ir smegenų vaizdavimą.
Prinstono universiteto mokslininkai tyrė žiurkes, kai jos derėjosi dėl virtualaus labirinto. Stebėdami pelių smegenų veiklą, jie atrado nuoseklius neuronų veiklos modelius, kai smegenys laiko atmintį.
Ankstesniuose tyrimuose daugiausia dėmesio buvo skirta idėjai, kad atminties laikotarpiu neuronų populiacijos šaudo kartu su panašiais modeliais.
Rezultatai nušviečia tai, kas vyksta smegenyse „darbinės atminties“ metu, kai protas trumpą laiką kaupia informaciją prieš ją veikdamas ar integruodamas su kita informacija.
Darbinė atmintis yra pagrindinis samprotavimo, supratimo ir mokymosi komponentas. Manoma, kad dėl tam tikrų smegenų sutrikimų, tokių kaip šizofrenija, trūksta darbinės atminties.
„Tokiais tyrimais, kaip šis, siekiama suprasti pagrindinius nervų veiklos principus normalios smegenų darbinės atminties metu. Tačiau šis darbas ateityje gali padėti mokslininkams suprasti, kaip gali būti pakeista veikla esant smegenų sutrikimams, susijusiems su darbinės atminties trūkumais “, - teigė mokslų daktaras Davidas Tankas.
Tyrimo metu nuoseklių neuronų šaudymo modeliai atitiko tai, ar pelė, pasisukusi į labirintą, ieškodama atlygio, pasuks į kairę ar į dešinę. Skirtingi modeliai atitiko skirtingus pelių priimtus sprendimus, nustatė Prinstono tyrinėtojai.
Nuoseklūs neuronų šaudymo modeliai apėmė maždaug 10 sekundžių laikotarpį, per kurį pelė suformavo atmintį, ją išsaugojo ir priėmė sprendimą, kuriuo keliu pasukti. Per šį laikotarpį buvo pastebėti atskiri neuronų pogrupiai, kurie degė nuosekliai.
Tyrėjai teigia, kad išvados skiriasi nuo daugelio esamų modelių, kaip smegenys kaupia prisiminimus ir priima sprendimus.
Pasukimo į kairę ir į dešinę posūkių unikalumas reiškė, kad smegenų vaizdavimo eksperimentai iš esmės leido tyrėjams atlikti paprastą „minčių skaitymo“ formą. Vaizduodami ir ištirdami smegenų veiklą ankstyvoje pelės paleidimo labirinte pradžioje, mokslininkai galėjo nustatyti gaminamą nervinio aktyvumo seką ir patikimai nuspėti, kuria kryptimi pelė pasisuks kelias sekundes iki faktiško posūkio pradžios.
Naujame tyrime atrastos nervų veiklos sekos vyksta smegenų dalyje, vadinamoje užpakaline parietine žieve. Ankstesni tyrimai su beždžionėmis ir žmonėmis rodo, kad užpakalinė parietalinė žievė yra smegenų dalis, svarbi planuojant judesį, atkreipiant dėmesį į erdvę ir priimant sprendimus.
Naujas tyrimas yra pirmasis, kuris jį analizuoja pele. "Mes tikimės, kad naudodami pelę kaip savo modelio sistemą, mes galėsime panaudoti galingus genetinius metodus, kad suprastume sudėtingų pažinimo procesų mechanizmus", - sakė bendraautorius Christopheris Harvey, daktaras.
Unikalus šio tyrimo aspektas buvo virtualios realybės naudojimas kuriant labirintą, o ne tradicinį fizinį labirintą. Šis požiūris buvo kuriamas „Tank“ laboratorijoje pastaruosius kelerius metus.
Pelės vaikščiojo ir bėgo sferinio bėgimo takelio paviršiumi, o jų galva kosmose liko nejudanti, o tai idealiai tinka smegenų vaizdavimui. Kompiuteriu sukurti virtualios aplinkos vaizdai buvo suprojektuoti ant plačiakampio ekrano, supančio bėgimo takelį. Sferos judėjimas, kurį sukėlė pelės ėjimas ir pasukimas, buvo aptikti optiniais jutikliais ant rutulio pusiaujo ir panaudoti norint pakeisti vaizdinį ekraną, kad būtų imituojamas judėjimas per virtualią aplinką.
Smegenims vaizduoti mokslininkai naudojo optinį mikroskopą, kuris infraraudonųjų spindulių lazerio šviesa pažvelgė giliai po paviršiumi, kad galėtų vizualizuoti neuronų populiaciją ir užfiksuoti jų šaudymą.
Virtuali realybės sistema kartu su vaizdų sistema ir kalcio jutikliu leido mokslininkams pamatyti atskirų neuronų, šaudančių darbo smegenyse, populiacijas. "Mes tarsi atveriame kompiuterį ir žiūrime į visus signalus, kad suprastume, kaip jis veikia", - sakė Tankas.
Tyrėjai pripažįsta, kad atskirų neuronų populiacijų tyrimai, vadinami ląstelių skiriamosios gebos matavimais, yra sudėtingi, nes smegenyse yra milijardai neuronų, glaudžiai susipakavusių.
„Tank“ laboratorijos sukurta aparatūra yra viena iš nedaugelio, kuri gali užfiksuoti atskirų neuronų grupių šaudymą smegenyse, kai subjektas yra budrus. Daugumoje žmonių smegenų funkcijos tyrimų yra tiriamas aktyvumas visuose smegenų regionuose naudojant tokį įrankį kaip magnetinio rezonanso tomografija (MRT), kuri vidutiniškai sudaro daugelio tūkstančių neuronų aktyvumą.
„Duomenys gana aiškiai atskleidžia, kad bent jau tam tikra trumpalaikės atminties forma yra pagrįsta neuronų seka, perduodančia informaciją iš vieno į kitą, tam tikra„ neuronų kibirų brigada “, - sakė neurofaktorius Christofas Kochas. nedalyvavo tyrime.
Tyrimas buvo paskelbtas internete žurnale Gamta.
Šaltinis: Prinstono universitetas
