Neuroniniai ritmai veikia atmintį
Smegenys, reaguodamos į dirgiklius, mokosi keisdamos savo sinapsių stiprumą - ryšius tarp neuronų. Dabar, atradime, kuris meta iššūkį tradicinei išminties problemai apie smegenų mokymosi mechanizmus, UCLA neurofizikai nustatė, kad yra optimalus smegenų „ritmas“ arba dažnis, leidžiantis pakeisti sinapsinę jėgą.
Kaip ir radijo rinkimo stotys, kiekviena sinapsė sureguliuojama skirtingu optimaliu mokymosi dažniu.
Tyrėjai mano, kad išvados gali sukelti vieningą smegenų mokymosi pagrindų mechanizmų teoriją - atradimą, kuris galėtų paskatinti naujas terapijas mokymosi sutrikimams gydyti.
Tyrimas rodomas dabartiniame žurnalo numeryje Kompiuterinio neuromokslo ribos.
"Daugelis žmonių turi mokymosi ir atminties sutrikimų, o už šios grupės ribų dauguma iš mūsų nėra Einšteinas ar Mozartas", - sakė vyresnysis mokslų daktaras Mayankas R. Mehta. „Mūsų darbas rodo, kad kai kurias mokymosi ir atminties problemas sukelia sinapsės, kurios nėra sureguliuotos tinkamu dažniu.“
Sinapsės stiprumo pokytis reaguojant į dirgiklius - žinomas kaip sinapsinis plastiškumas - yra sukeltas per vadinamuosius „smaigalinius traukinius“ - nervinių signalų serijas, kurios atsiranda skirtingu dažniu ir laiku.
Ankstesniuose eksperimentuose plastiškumui sukelti buvo naudojami šimtai vienas po kito einančių labai aukštų dažnių smaigalių. Tačiau tai nėra tas atvejis, kai smegenys aktyvuojamos atliekant realaus gyvenimo elgesio užduotis, nes neuronai iššauna tik apie 10 iš eilės smaigalių, o ne kelis šimtus. Jie tai daro daug mažesniu dažniu - paprastai 50 smaigalių per sekundę diapazone.
Iki šiol mokslininkai negalėjo atlikti eksperimentų, imituojančių natūraliau atsirandančius lygius.
Naujame tyrime Mehta ir bendraautorius Arvindas Kumaras, daktaras, pirmą kartą sugebėjo gauti šiuos matavimus naudodami sudėtingą matematinį modelį, kurį jie sukūrė ir patvirtino eksperimentiniais duomenimis.
Priešingai nei manyta anksčiau, Mehta ir Kumaras nustatė, kad kalbant apie sinapsių su natūraliu smaigaliu modelių stimuliavimą, neuronų stimuliavimas aukščiausiais dažniais nebuvo geriausias būdas padidinti sinapsinę jėgą.
"Mūsų nuostabai, mes nustatėme, kad už optimalaus dažnio sinapsinis stiprėjimas iš tikrųjų sumažėjo, kai dažniai didėjo".
Žinios, kad maksimaliam mokymuisi pirmenybė teikiama sinapsei, privertė mokslininkus palyginti optimalius dažnius pagal sinapsės vietą neurone.
Neuronai yra medžių formos, o branduolys yra medžio pagrindas, dendritai panašūs į plačias šakas ir sinapsės, panašios į tų šakų lapus.
Kai Mehta ir Kumaras palygino sinapsinį mokymąsi pagal tai, kur dendritinėse šakose buvo sinapsės, tai, ką jie rado, buvo reikšminga: optimalus sinapsinio mokymosi sukėlimo dažnis keitėsi priklausomai nuo to, kur buvo sinapsė. Kuo toliau sinapsė buvo nuo neurono ląstelių kūno, tuo didesnis jo optimalus dažnis.
"Neįtikėtina, kad kalbant apie mokymąsi, neuronas elgiasi kaip milžiniška antena su skirtingomis dendritų šakomis, sureguliuotomis skirtingais dažniais, kad maksimaliai išmoktų", - sakė Mehta.
Mokslininkai nustatė, kad kiekviena sinapsė turi ne tik pageidaujamą dažnį, kad pasiektų optimalų mokymąsi, bet ir siekiant geriausio efekto, dažnis turi būti tobulai ritmiškas - nustatomas tiksliais intervalais. Net optimaliu dažniu, jei ritmas buvo atmestas, sinapsinis mokymasis iš esmės sumažėjo.
Jų tyrimai taip pat parodė, kad sužinojus sinapsę, keičiasi optimalus jos dažnis. Kitaip tariant, jei optimalus naivios sinapsės - dar nieko neišmokusios - dažnis būtų, tarkime, 30 smaigalių per sekundę, išmokus, ta pati sinapsė optimaliai mokytųsi mažesniu dažniu, tarkime, 24 smaigalys per sekundę . Taigi pats mokymasis pakeičia optimalų sinapsės dažnį.
Mokslininkų teigimu, šis mokymosi sukeltas „atbaidymo“ procesas turi svarbų poveikį gydant su pamiršimu susijusius sutrikimus, tokius kaip potrauminio streso sutrikimas.
Nors reikia kur kas daugiau tyrimų, išvados kelia galimybę, kad būtų galima sukurti vaistus, kurie „perkvalifikuotų“ smegenų ritmus žmonėms, turintiems mokymosi ar atminties sutrikimų, arba kad daug daugiau mūsų galėtų tapti Einšteinu ar Mozartu, jei būtų užtikrintas optimalus smegenų ritmas. į kiekvieną sinapsę.
"Mes jau žinome, kad yra vaistų ir elektrinių dirgiklių, kurie gali pakeisti smegenų ritmą", - sakė Mehta. "Mūsų išvados rodo, kad galime naudoti šias priemones, kad pasiektume optimalų smegenų ritmą tikslinėms jungtims, kad pagerintume mokymąsi."
Šaltinis: UCLA
