Az egerek virtuális valóság vizsgálata új nyomokat ad az emlékezetről

Egy új kutatási módszer, amely magában foglalja a virtuális valóságot és az agy képalkotását, megtanulja, hogyan formálja az agy a döntéshozatal során használt rövid távú emlékeket.

A Princetoni Egyetem kutatói patkányokat vizsgáltak, amikor virtuális útvesztőt alkottak. Az egerek agytevékenységének követésével felfedezték a neuronaktivitás sorrendjét, amikor az agy memóriát tart.

Korábbi kutatások középpontjában az az elképzelés állt, hogy az idegsejtek populációi hasonló mintázatokkal tüzelnek egymással a memória időszakában.

A megállapítások megvilágítják, hogy mi történik az agyban a „munkamemória” során, amikor az elme rövid ideig tárolja az információkat, mielőtt cselekedne rajta, vagy integrálná azokat más információkkal.

A munkamemória az érvelés, a megértés és a tanulás központi eleme. Bizonyos agyi rendellenességek, mint például a skizofrénia, a munkamemória hiányosságaival járnak.

„Az ehhez hasonló tanulmányok célja a normál agy munkamemóriája alatti idegi aktivitás alapelveinek megértése. A munka azonban a jövőben segítheti a kutatókat abban, hogy megértsék, hogyan lehet megváltoztatni a tevékenységet olyan agyi rendellenességekben, amelyek a munkamemória hiányával járnak. ”- mondta David Tank, Ph.D.

A vizsgálat során a szekvenciális idegsejtek kilövésének mintái megfeleltek annak, hogy az egér balra vagy jobbra fordul-e, amikor egy labirintusban navigálva jutalmat keres. Különböző minták feleltek meg az egerek különböző döntéseinek - állapították meg Princeton kutatói.

A szekvenciális idegsejtek mintázata nagyjából 10 másodperces időszakot ölelt fel, amely az egér memóriájának kialakításához, tárolásához és döntéshez kellett fordulnia. Ebben az időszakban a neuronok különálló alcsoportjait figyelték meg egymás után.

A kutatók szerint a megállapítások sok létező modellel ellentétben állnak azzal kapcsolatban, hogy az agy hogyan tárolja az emlékeket és döntéseket hoz.

A balra és jobbra fordított szekvenciák egyedisége azt jelentette, hogy az agyi képalkotási kísérletek lényegében lehetővé tették a kutatók számára az „elmeolvasás” egyszerű formájának végrehajtását. Képalkotással és az agy aktivitásának vizsgálatával az egér labirintusának korai lefutásában a kutatók azonosítani tudták az előállított idegi aktivitás szekvenciáját, és megbízhatóan meg tudták jósolni, hogy az egér milyen irányba fog fordulni néhány másodperccel a fordulat megkezdése előtt.

Az új tanulmányban felfedezett idegi aktivitás szekvenciái az agy azon részén játszódnak le, amelyet posterior parietalis kéregnek neveznek. Majmokkal és emberekkel végzett korábbi vizsgálatok azt mutatják, hogy a hátsó parietális kéreg az agy olyan része, amely fontos a mozgás tervezéséhez, a térbeli figyelemhez és a döntéshozatalhoz.

Az új tanulmány elsőként elemzi az egérrel. "Reméljük, hogy az egeret mint modellrendszert felhasználva erőteljes genetikai megközelítéseket fogunk használni a komplex kognitív folyamatok mechanizmusainak megértéséhez" - mondta Christopher Harvey társszerző.

A tanulmány egyedülálló szempontja a virtuális valóság használata volt a labirintus létrehozásához, nem pedig a hagyományos fizikai labirintus. Ezt a megközelítést az elmúlt években a Tank laboratórium fejlesztette ki.

Az egerek egy gömb alakú futópad felületén jártak és futottak, miközben a fejük mozdulatlan maradt az űrben, ami ideális az agyi képalkotáshoz. A virtuális környezetek számítógéppel generált nézeteit a futópadot körülvevő széles látószögű képernyőre vetítették. Az egér járásával és fordításával előállított gömb mozgását optikai érzékelők észlelték a labda égtáján, és a vizuális kijelző megváltoztatására használták a mozgás szimulálására egy virtuális környezeten keresztül.

Az agy képalkotásához a kutatók egy optikai mikroszkópot alkalmaztak, amely infravörös lézerfénnyel mélyen a felszín alá nézett, hogy szemléltesse az idegsejtek populációját és rögzítse azok tüzelését.

A virtuális valóság rendszere a képalkotó rendszerrel és a kalcium-érzékelővel kombinálva lehetővé tette a kutatók számára, hogy az idegsejtek populációit lássák a működő agyban. "Olyan, mintha kinyitnánk egy számítógépet, és az összes jelet belenéznénk, hogy rájöjjünk, hogyan működik" - mondta Tank.

A kutatók elismerik, hogy az egyes idegsejtek populációinak vizsgálata, amelyet sejtfelbontási méréseknek neveznek, kihívást jelent, mivel az agy neuronok milliárdjait tartalmazza szorosan egymáshoz csomagolva.

A Tank laboratórium által kifejlesztett készülékek egyike azon keveseknek, amelyek képesek rögzíteni az agy egyes idegsejtcsoportjainak tüzelését, amikor az alany ébren van. Az emberek agyi működésének legtöbb tanulmánya magában foglalja az agy teljes régióiban végzett aktivitás vizsgálatát olyan eszköz segítségével, mint például a mágneses rezonancia képalkotás (MRI), amelyek együttesen sok ezer idegsejt aktivitását átlagolják.

"Az adatok egyértelműen feltárják, hogy a rövid távú memória legalább valamilyen formája azon neuronok sorozatán alapszik, amelyek az információkat továbbítják egyikről a másikra, egyfajta" idegsejtes vödör brigádra "- mondta Christof Koch, idegtudós, aki nem vesz részt a vizsgálatban.

A tanulmány online megjelent a folyóiratban Természet.

Forrás: Princetoni Egyetem