Az agy hogyan illeszti be az új információkat a célok meghatározásába

A Princetoni Egyetem kutatói azonosították, hogy az agy miként építi be az új helyzetekről szóló információkat a meglévő céljainkba.

Emberi önkéntesek agyi vizsgálatait felhasználva a Princetoni Idegtudományi Intézet (PNI) kutatói azt találták, hogy a célok frissítése a prefrontális kéregben történik, és úgy tűnik, hogy az agy kémiai dopaminjához kapcsolódó jeleket tartalmaz. Amikor a kutatók mágneses impulzus segítségével megszakították a tevékenységet az agy ezen régiójában, az önkéntesek nem tudtak új feladatra váltani, amikor olyan játékot játszottak, amely megkövetelte tőlük, hogy nyomjanak meg egy gombot, miután látták, hogy betűk jelennek meg a képernyőn.

"Találtunk egy alapvető mechanizmust, amely hozzájárul az agy azon képességéhez, hogy koncentráljon az egyik feladatra, majd rugalmasan váltson át egy másik feladatra" - mondta Ph.D. Jonathan Cohen, a PNI társelnöke. "Ennek a rendszernek a károsodásai központi szerepet játszanak a kognitív funkció számos kritikus rendellenességében, például a skizofrénia és a rögeszmés-kényszeres rendellenességek esetében."

Cohen kifejtette, hogy a meglévő kutatások kimutatták, hogy amikor új információkat használnak egy feladat, viselkedés vagy cél frissítésére, akkor ezeket az információkat egy rövid távú memória tárolóban tárolják, amelyet munkamemóriának hívnak. A kutatók azonban nem tudták, milyen mechanizmusok vesznek részt ezen információk frissítésében.

Ennek megismerésére Cohen kutatócsoportja funkcionális mágneses rezonancia képalkotással (fMRI) vizsgálta az önkéntesek agyát, akik olyan játékot játszottak, amelyben egy adott vizuális jelzés függvényében megnyomtak egy adott gombot.

Ha az önkéntes látta az A betűt, mielőtt meglátta az X betűt, akkor meg kellett nyomnia az 1 gombot. De ha az önkéntes meglátta a B betűt, mielőtt meglátta volna az X betűt, akkor a résztvevőnek meg kellett nyomnia a 2 gombot. Az A és B szolgáltak mint az az új információ, amelyet az illető frissített céljuknak, hogy eldöntsék, melyik gombot nyomják meg. A feladat egy másik verziója megkövetelte, hogy ugyanazok a résztvevők nyomják meg az 1 gombot, amikor X-et látnak, függetlenül attól, hogy A vagy B látható.

Az fMRI segítségével a kutatók olyan tevékenységeket észleltek a jobb prefrontális kéregben, amelyek során a résztvevőknek emlékezniük kellett arra, hogy láttak-e A-t vagy B-t a megfelelő gomb megnyomása előtt, de nem olyan feladatok során, amikor a résztvevőnek csak a gombot kellett megnyomnia, amikor arra felszólították egy X-el.

Ezek az eredmények megerősítették egy korábbi, Cohen által vezetett tanulmány eredményeit, amelyek egy másik pásztázási módszert alkalmaztak az agyi aktivitás időzítésének felmérésére. Az elektroencefalográfia (EEG) segítségével a kutatók megállapították, hogy a prefrontális kéreg az agy elektromos aktivitásának megugrását mutatta 150 milliszekundum alatt, miután a résztvevő megtekintette az A vagy a B betűt.

Az új tanulmányhoz a kutatók bebizonyították, hogy a prefrontális kéreg valóban az agy azon területe, amely a munkamemória frissítésével jár, mivel rövid mágneses impulzust küld a régióba. Ez a pulzus pontosan megzavarta a kéreg aktivitását - amint azt az EEG feltárta - a kutatók arra gyanakodtak, hogy a prefrontális kéreg frissíti a munkamemóriát.

Amikor a kutatók körülbelül 150 milliszekundummal bevezették a pulzust a prefrontális kéreg jobb oldalára, miután az önkéntesek meglátták az A vagy a B jelet, a résztvevők nem tudták megnyomni a megfelelő gombokat - mondta Cohen.

"Azt jósoltuk, hogy ha az impulzus a jobb prefrontális kéreg fMRI-vel megfigyelt részébe érkezik, és amikor az agy frissíti az EEG által feltárt információkat, akkor az alany nem fogja megtartani az A és B-vel kapcsolatos információkat, beleavatkozni a gombnyomási feladat teljesítésébe - mondta Cohen.

Végül a kutatók feltárták elméletüket, miszerint a dopamin - egy természetes előfordulású kémiai anyag, amely szerepet játszik a motivációban és a jutalomban - a prefrontális kéregbe kerülő új információkat fontosnak tartja a munkamemória és a célok frissítéséhez.

Cohen és csapata a középagynak nevezett agyrégiót képzeli el, amely olyan dopaminerg magoknak nevezett idegsejtek klaszterét tartalmazza, amelyek a legtöbb dopamin szignál forrása az agyban.

Nagy felbontású fMRI segítségével a kutatók megvizsgálták ezen dopamint felszabadító sejtek aktivitását a játékban részt vevő önkéntesek agyában. A kutatók megállapították, hogy ezeken a területeken az aktivitás korrelál a jobb prefrontális kéreg aktivitásával és az önkéntesek azon képességével, hogy megnyomják a megfelelő gombokat.

"A figyelemre méltó rész az volt, hogy a dopamin szignálok korreláltak mind önkénteseink viselkedésével, mind agytevékenységükkel a prefrontális kéregben" - mondta Cohen. "Ez a megállapítások konstellációja szilárd bizonyítékot szolgáltat arra vonatkozóan, hogy a dopaminerg magok lehetővé teszik a prefrontális kéreg számára, hogy megtartsa a viselkedés frissítéséhez releváns információkat, de nem olyan információkat, amelyek nem."

A tanulmányt a A Nemzeti Tudományos Akadémia közleményei.

Forrás: Princetoni Egyetem