Hogyan tanulják meg az agy a folyamatokat?

A helymeghatározó cellák és a fáziseltolás segít az események sorrendjének emlékezetében

Amint a patkány áthalad a környezetben, a helymeghatározó sejtek idegi impulzusainak fázisa előrehalad az oszcillációhoz képest. Ilyen módon minden oszcillációs cikluson belül kódolódik, amelybe a patkány mozog. © Nemzeti Bernstein Hálózat Számítástechnikai Idegtudomány
felolvasta

Amikor az agynak feltételeznie kell olyan folyamatok megtanulását, mint például az egyik szobából a másikba való séta, az nem más, mint triviális. Bizonyos jelek fázistolódásának "trükkjét" kell használnia. Hogy pontosan hogyan működik ez az eljárás, és hogy még pontosabb is, mint gondolnánk, a tudósok a "Journal of Neuroscience" folyóiratban számolnak be.

Ha elmegyünk a konyhából a folyosón a nappaliba, néhány másodpercig tart. Utána nem olyan nyilvánvaló, hogy emlékezzünk arra, hogy megérkeztünk az úthoz - mert az események memorizálása érdekében azokat az agyban milliszekundumon belül vissza kell forgatni. A különféle laboratóriumokban végzett korábbi tanulmányok kimutatták, hogy az agy alkalmazhatott egy „fáziseltolódásnak” nevezett mechanizmust.

A fáziseltolódás titka

Richard Kempter idegtudós kutató vezetésével a Humboldti Egyetemen és a berlini Számítástechnikai Idegtudományi Központból, az Egyesült Államok Rutgers Egyetem Buzsáki György laboratóriumával együttműködésben most megvizsgálta ezt a fáziseltolódást. Ehhez elemezték a patkányok agyaktivitását, amelyek bizonyos távolságot haladtak a két etetési hely között - úgy mondhatjuk, a konyhától a folyosón át egy másik konyháig.

A korábbi vizsgálatokkal ellentétben, amelyekben a különféle kísérletek adatait összegezték, a tudósok mostantól minden egyes kísérletet külön-külön vizsgáltak. "Az agynak képesnek kell lennie az információk feldolgozására és tárolására egy lépésben is. Megközelítésünkkel meg tudtuk mutatni, hogy a fáziseltolódás még az egyes futtatások során is megmagyarázza az agyban levő folyamatok tömörítését és tárolását, és sokkal pontosabban működik, mint azt korábban feltételeztük "- magyarázza Kempter.

Az "Ortszellen" segít az orientációban

A tájékozódáshoz az emberek és az állatok úgynevezett „helysejteket” használnak az agyban. Mindig aktívak, ha a szoba egy bizonyos területén tartózkodnak. A különféle hely cellainak területei átfedhetik egymást. Ha egy patkány megkísérelte átlépni az A és B helyi területeket, akkor az A hely cellát, akkor az A és B hely cellákat és végül a B hely cella aktív például. Ez a sorrend másodpercekben zajlik. kijelző

Az idegsejtek esetében azonban néhány másodperc szinte örökkévalóság, mivel sok sejtfolyamat sokkal gyorsabb időrendben zajlik le. A sejtek közötti kapcsolatok megerősítése érdekében mindkét sejtnek milliszekundumon belül aktívnak kell lennie. Ha az A sejt néhány milliszekundum alatt impulzust bocsát ki a B cella előtt - azt mondják, hogy "tüzet okoz" -, az agy megjegyezheti az "AB" sorrendet.

A fáziseltolódás a vártnál pontosabb

Az események másodpercről milliszekundumra történő ilyen tömörítését az agyban fáziseltolódás kódolja. A sejtek egy bizonyos ritmust követnek az agyban, és időben meggyulladnak. De nem pontosan - miközben a patkány áthalad az A hely cella területén, az A hely cella fázisa előrehalad az általános ritmushoz képest. Amikor a patkány AB-n keresztül A-ból B-be halad, az A-sejtek rövid időn belül a B-sejtek előtt tüzet okoznak, egy cikluson belül. Tehát az "AB" esemény megtanulható.

A Kempter kutatócsoportban Robert Schmidt idegtudós kutató részletesebben megvizsgálta a fáziseltolódást, és külön-külön megvizsgálta a kísérleteket. Mint a tudósok bebizonyították, a fáziseltolódás és az egyes futások során megtett távolság közötti kapcsolat nagyon pontos: a fáziseltolódás nagyon pontosan jelzi, hogy a patkány hol van a helyi mezőben. A fáziseltolódás és a távolság közötti kapcsolat azonban jelentősen változik futásról futásra. Tehát, ha több kísérleti futást vizsgálunk együtt, a fáziseltolás kevésbé pontos.

"Még ha a patkányokon is az út azonos, az idegsejtek aktivitása minden egyes áthaladásnál eltérő” - mondja Schmidt. Az adatoknak az egyes futtatásoktól elkülönített elemzésére alkalmazott megközelítésükkel a tudósok így meg tudták mutatni, hogy a fáziseltolódási kód még jobban működik, mint azt korábban gondolták.

Ezenkívül a kutatók megállapították, hogy a fáziseltolódás gyakran csak a ciklus fele. Ez a megfigyelés megmagyarázza, hogy a sűrített agyi visszatekerésnél miért fennáll az események sorrendje, és az A-sejt mindig közvetlenül a B-sejt előtt tüzel. Nagyobb fáziseltolással a két egymást követő ciklus eseményei összekeverednének.

(Nemzeti Bernstein Hálózat Számítástechnikai Idegtudomány, 2009.11.10. - NPO)