Gamle vane-kontrollerende neuroner kan også spille en afgørende rolle i ny handling læring

Forestil dig, at du arbejder på din computer og skriver den samme lange adgangskode, som du har brugt i årevis for at få adgang til din e -mail. Efter vane, du udfører denne sekvens næsten ubevidst. Men derefter, en dag, du falder over en genvej. Det er hurtigere, men indebærer at lære og huske et nyt sæt tastetryk.

I en undersøgelse af gnavere, forskere ved Icahn School of Medicine på Mount Sinai opdagede, at en del af hjernen, der traditionelt tænkes at kontrollere at skrive den gamle sekvens, også kan spille en afgørende rolle i at lære den nye. Resultaterne, udgivet den 25. august ^th i Naturkommunikation , antyder, at denne proces indebærer en delikat balance i aktiviteten af ​​to nabocelle neurale kredsløb:den ene dedikeret til nye handlinger og den anden til gamle vaner.

I årevis troede forskere, at vaner og nyt læring, givende handlinger blev sandsynligvis kontrolleret af forskellige dele af hjernen. Overraskende, vi fandt ud af, at et hjerneområde, der traditionelt menes at specialisere sig i udtryk for gamle vaner, også kan hjælpe hjernen med at lære nye handlinger. Ultimativt, vi håber, at disse resultater giver ny indsigt i hjerneceller og kredsløb, der ligger til grund for en række lidelser, der involverer abnormiteter i, hvordan vores handlinger kontrolleres, herunder Parkinsons sygdom og stofmisbrug. "

Paul J. Kenny, Ph.d., Ward-Coleman-professor og formand for Nash Family Department of Neuroscience på Mount Sinai og seniorforfatter af papiret

Undersøgelsen blev ledet af Alexander C. W. Smith, Ph.d., en instruktør i Kenny lab, og Sietse Jonkman, Ph.d., en tidligere postdoktor ved Sinaibjerget.

Handlingslæring sker, når man gør noget, som at flytte et objekt, giver en fordel, såsom at finde mad eller undgå en fjende. I dette studie, forskerne undersøgte den rolle, striatum spiller i denne type læring. Placeret dybt inde i hjernen, striatum er kendt for at være involveret i at kontrollere bevægelser og handlinger.

"Selvom forskere har antaget, at striatum er involveret i action -læring, få har faktisk testet denne idé, "sagde Dr. Jonkman." Vi ville tage et indgående kig på de striatale kredsløb, der kan være involveret i action-læring. "

At gøre dette, forskerne testede sultne gnavers evne til at finde mad. På dag et af eksperimenterne, gnavere blev sat i et specielt bur og trænet i at tjene mad ved at trykke på en dispenserhåndtag. Hver gang en eksperimentel gnaver trykkede på håndtaget, modtog den en madpille, mens kontrolgnavere ikke modtog nogen. To dage senere, forskerne testede læring ved at sætte gnavere tilbage i det særlige bur. En gang i buret, de eksperimentelle gnavere pressede kraftigt på håndtaget, selvom det ikke længere leverede mad, angiver, at de med succes havde lært den nye handling, hvorimod kontrolgnavere ville søge rundt og kun trykke på håndtaget et par gange.

På forskellige tidspunkter under forsøgene forskerne undersøgte neural aktivitet i gnavernes hjerner. De fandt ud af, at umiddelbart efter en træning, neuroner i bestemte områder af striatum var mere aktive i eksperimentelle gnavere end dem i kontrolgruppen. Dette var en periode, hvor man ved, at hukommelsen til den nyligt indlærte handling er gemt, eller kodet, i hjernen til senere brug. Især, dette blev set i det dorsolaterale striatum, posterior dorsomedial striatum, og nucleus accumbens, tyder på, at disse områder spillede en rolle i læringen.

For at teste dette yderligere, forskerne injicerede et lægemiddel i hvert område, anisomycin, hvilket forhindrer celler i at fremstille de proteiner, der kræves til langtidshukommelseslagring. Lægemidlet blev injiceret enten umiddelbart efter en træningssession eller seks timer senere, et tidspunkt, hvor de nye proteiner, der kræves til hukommelseslagring, allerede skulle have været produceret. Uventet, forskerne fandt ud af, at stoffet kun forstyrrede dyrenes evne til at huske den nye handling, da det blev injiceret i det dorsolaterale striatum umiddelbart efter træningssessionen. Injektioner på andre områder havde ingen effekt på læring.

"Vi blev overraskede over disse resultater. Traditionelt har det menes, at handlingslæring er kodet af det bageste dorsomediale striatum, mens det dorsolaterale striatum kun tager sig af vaner. Men det var ikke det, vi så, "sagde Dr. Smith." I stedet antydede vores resultater, at ud over at regulere vaner, dorsolaterale striatum konsoliderer også handlingslæring umiddelbart efter at den nye handling er blevet lært. "

Yderligere eksperimenter understøttede denne idé. For eksempel, kemisk blokering af neurons aktivitet i det dorsolaterale striatum kort efter en træning forhindrede også gnavere i at huske at bruge håndtaget til at hente mad.

Endelig, da forskerne kiggede nærmere på dette område, de fandt ud af, at læring kan styres af to tilstødende og modvirkende neurale kredsløb, der vides at reagere på neurotransmitteren dopamin. I et kredsløb, aktiviteten af ​​celler kaldet D1 receptor medium spiny neuroner steg umiddelbart efter træning, og hæmning af disse celler forhindrede indlæring. I modsætning, aktiviteten af ​​de andre celler, kaldet D2 receptor medium spiny neuroner, stille efter træning og blokering af deres aktivitet forbedrede dyrenes evne til at huske den nye handling. I et separat sæt eksperimenter fandt forskerne, at blokering af D2 -neuronaktivitet forhindrede gnavere i at vise tidligere indlærte vaner.

"Vores resultater tyder på, at der er en delikat balance mellem ny handlingslæring og udtryk for gamle vaner, som er kontrolleret af yin-yang-aktiviteten af ​​to forskellige populationer af neuroner i det dorsolaterale striatum, "sagde Dr. Kenny." I fremtiden vil Vi planlægger at undersøge, hvordan afbrydelse af denne balance bidrager til utilpassede handlinger ved hjerneforstyrrelser. "

• COVID-19-vaccine fremkalder antistofrespons hos næsten 9 ud af 10 personer, der tager immunsuppressiva
• Tarmmikroorganismer hjælper med at regulere antitumorimmunrespons på strålebehandling,