Alte Gewohnheiten kontrollierende Neuronen können auch eine entscheidende Rolle beim neuen Aktionslernen spielen

Stellen Sie sich vor, Sie arbeiten an Ihrem Computer und geben dasselbe lange Passwort ein, das Sie seit Jahren für den Zugriff auf Ihre E-Mails verwenden. Aus Gewohnheit, Sie führen diese Sequenz fast unbewusst aus. Aber dann, Eines Tages, Sie stolpern über eine Abkürzung. Es ist schneller, erfordert aber das Erlernen und Merken eines neuen Satzes von Tastenanschlägen.

In einer Studie über Nagetiere, Wissenschaftler der Icahn School of Medicine am Mount Sinai entdeckten, dass ein Teil des Gehirns, von dem traditionell angenommen wird, dass er das Tippen der alten Sequenz kontrolliert, auch eine entscheidende Rolle beim Erlernen der neuen Sequenz spielen kann. Die Ergebnisse, veröffentlicht am 25. August ^NS in Naturkommunikation , legen nahe, dass dieser Prozess ein empfindliches Gleichgewicht in der Aktivität zweier benachbarter neuronaler Schaltkreise beinhaltet:einer für neue Aktionen und der andere für alte Gewohnheiten.

Wissenschaftler dachten jahrelang, dass Gewohnheiten und das Erlernen neuer, Belohnungsaktionen wurden höchstwahrscheinlich von verschiedenen Teilen des Gehirns gesteuert. Überraschenderweise, Wir fanden heraus, dass ein Gehirnbereich, von dem traditionell angenommen wird, dass er sich auf den Ausdruck alter Gewohnheiten spezialisiert hat, dem Gehirn auch helfen kann, neue Handlungen zu erlernen. Letzten Endes, Wir hoffen, dass diese Ergebnisse neue Einblicke in die Gehirnzellen und Schaltkreise liefern, die einer Vielzahl von Störungen zugrunde liegen, die Anomalien in der Steuerung unserer Handlungen beinhalten, einschließlich Parkinson-Krankheit und Drogensucht."

Paul J. Kenny, Doktortitel, der Ward-Coleman-Professor und Vorsitzende des Nash Family Department of Neuroscience am Mount Sinai und leitender Autor des Artikels

Die Studie wurde von Alexander C. W. Smith geleitet, Doktortitel, ein Ausbilder im Kenny-Labor, und Sietse Jonkman, Doktortitel, ein ehemaliger Postdoktorand am Berg Sinai.

Action Learning findet statt, wenn man etwas tut, wie ein Objekt zu bewegen, einen Nutzen bringt, wie Nahrung finden oder einem Feind ausweichen. In dieser Studie, die Forscher untersuchten die Rolle, die das Striatum bei dieser Art des Lernens spielt. Tief im Gehirn gelegen, Es ist bekannt, dass das Striatum an der Kontrolle von Bewegungen und Handlungen beteiligt ist.

„Obwohl Wissenschaftler die Hypothese aufgestellt haben, dass das Striatum am Aktionslernen beteiligt ist, wenige haben diese Idee tatsächlich getestet, ", sagte Dr. Jonkman. "Wir wollten einen detaillierten Blick auf die striatalen Schaltkreise werfen, die beim Aktionslernen eine Rolle spielen können."

Um dies zu tun, die Forscher testeten die Fähigkeit hungriger Nagetiere, Nahrung zu finden. Am ersten Tag der Experimente Die Nagetiere wurden in einen speziellen Käfig gesteckt und trainiert, sich durch Drücken eines Spenderhebels Nahrung zu verdienen. Jedes Mal, wenn ein experimentelles Nagetier den Hebel drückte, erhielt es ein Futterpellet, während Kontrollnagetiere keines erhielten. Zwei Tage später, die Forscher testeten das Lernen, indem sie die Nagetiere wieder in den speziellen Käfig steckten. Einmal im Käfig, die Versuchsnager drückten kräftig auf den Hebel, obwohl er keine Nahrung mehr lieferte, angibt, dass sie die neue Aktion erfolgreich gelernt haben, wohingegen die Kontrollnagetiere überall suchen und den Hebel nur ein paar Mal drücken.

Zu verschiedenen Zeiten während der Experimente die Forscher untersuchten die neuronale Aktivität im Gehirn der Nagetiere. Sie stellten fest, dass unmittelbar nach einer Trainingseinheit Neuronen in bestimmten Bereichen des Striatums waren bei experimentellen Nagetieren aktiver als in der Kontrollgruppe. Dies war eine Zeit, in der die Erinnerung an die neu gelernte Aktion bekanntermaßen gespeichert ist, oder kodiert, im Gehirn zur späteren Verwendung. Vor allem, dies wurde im dorsolateralen Striatum gesehen, das hintere dorsomediale Striatum, und der Nucleus Accumbens, Dies deutet darauf hin, dass diese Bereiche beim Lernen eine Rolle gespielt haben.

Um dies weiter zu testen, die Forscher injizierten in jeden Bereich ein Medikament, Anisomycin, Dies verhindert, dass Zellen die Proteine ​​​​produzieren, die für die Langzeitgedächtnisspeicherung erforderlich sind. Das Medikament wurde entweder unmittelbar nach einer Trainingseinheit oder sechs Stunden später injiziert. eine Zeit, in der die neuen Proteine, die für die Gedächtnisspeicherung benötigt werden, bereits produziert worden sein sollten. Unerwartet, Die Forscher fanden heraus, dass das Medikament die Fähigkeit der Tiere, sich an die neue Wirkung zu erinnern, nur störte, wenn es unmittelbar nach der Trainingseinheit in das dorsolaterale Striatum injiziert wurde. Injektionen in andere Bereiche hatten keinen Einfluss auf das Lernen.

„Diese Ergebnisse haben uns überrascht. Traditionell Es wird angenommen, dass das Handlungslernen durch das posteriore dorsomediale Striatum kodiert wird, während das dorsolaterale Striatum sich nur um Gewohnheiten kümmert. Aber das haben wir nicht gesehen, “ sagte Dr. Smith. „Stattdessen legten unsere Ergebnisse nahe, dass zusätzlich zur Regulierung der Gewohnheiten, das dorsolaterale Striatum konsolidiert auch das Handlungslernen unmittelbar nach dem Erlernen der neuen Handlung."

Weitere Experimente unterstützten diese Idee. Zum Beispiel, Die chemische Blockierung der Aktivität von Neuronen im dorsolateralen Striatum kurz nach einer Trainingseinheit verhinderte auch, dass die Nagetiere daran dachten, den Hebel zum Abrufen von Nahrung zu verwenden.

Schließlich, Als die Forscher diesen Bereich genauer unter die Lupe nahmen, Sie fanden heraus, dass das Lernen durch zwei benachbarte und gegenläufige neuronale Schaltkreise gesteuert werden kann, von denen bekannt ist, dass sie auf den Neurotransmitter Dopamin reagieren. In einem Kreislauf, die Aktivität von Zellen, die als D1-Rezeptor mittlere stachelige Neuronen bezeichnet werden, stieg unmittelbar nach dem Training an, und das Hemmen dieser Zellen behinderte das Lernen. Im Gegensatz, die Aktivität der anderen Zellen, als D2-Rezeptor mittlere stachelige Neuronen bezeichnet, die nach dem Training beruhigt wurden und ihre Aktivität blockierten, verbesserten die Fähigkeit der Tiere, sich an die neue Aktion zu erinnern. In einer separaten Reihe von Experimenten fanden die Forscher heraus, dass die Blockierung der D2-Neuronenaktivität die Nagetiere daran hinderte, zuvor erlernte Gewohnheiten zu zeigen.

„Unsere Ergebnisse legen nahe, dass es ein empfindliches Gleichgewicht zwischen neuem Handlungslernen und dem Ausdruck alter Gewohnheiten gibt. die durch die Yin-Yang-Aktivität zweier verschiedener Neuronenpopulationen im dorsolateralen Striatum gesteuert wird, " sagte Dr. Kenny. "In Zukunft, Wir planen zu untersuchen, wie eine Störung dieses Gleichgewichts zu Fehlanpassungen bei Gehirnerkrankungen beiträgt."

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