Vanhoilla tapoja hallitsevilla neuroneilla voi myös olla tärkeä rooli uuden toiminnan oppimisessa

Tiedemiehet ajattelivat vuosia, että tottumukset ja uuden oppiminen, palkitsevia tekoja hallitsivat todennäköisesti aivojen eri osat. Yllättävän, huomasimme, että aivojen alue, jonka perinteisesti uskotaan erikoistuvan vanhojen tapojen ilmaisemiseen, voi myös auttaa aivoja oppimaan uusia toimia. Viime kädessä, toivomme, että nämä tulokset antavat uusia oivalluksia aivosoluista ja -piireistä, joiden taustalla on erilaisia ​​häiriöitä, joihin liittyy poikkeavuuksia toimintamme hallitsemisessa, mukaan lukien Parkinsonin tauti ja huumeriippuvuus. "

Paul J.Kenny, PhD, Ward-Colemanin professori ja Nash-perheen neurotieteen osaston puheenjohtaja Siinainvuorella ja paperin vanhempi kirjoittaja

Tutkimusta johti Alexander C.W.Smith, PhD, opettaja Kennyn laboratoriossa, ja Sietse Jonkman, PhD, entinen tutkijatohtori Siinainvuorella.

Toimintaoppiminen tapahtuu, kun tehdään jotain, kuin esineen siirtäminen, tuottaa hyötyä, kuten löytää ruokaa tai välttää vihollista. Tässä tutkimuksessa tutkijat tutkivat striatumin roolia tämän tyyppisessä oppimisessa. Sijaitsee syvällä aivojen sisällä, striatumin tiedetään osallistuvan liikkeiden ja toimintojen hallintaan.

"Vaikka tiedemiehet ovat olettaneet, että striatum on mukana toimintaoppimisessa, harvat ovat todella testanneet tätä ajatusta, "sanoi tohtori Jonkman." Halusimme tarkastella perusteellisesti striataalipiirejä, jotka voivat liittyä toiminnan oppimiseen. "

Tehdä tämä, tutkijat testasivat nälkäisten jyrsijöiden kykyä löytää ruokaa. Ensimmäisenä päivänä kokeista, jyrsijät asetettiin erityiseen häkkiin ja heitä koulutettiin ansaitsemaan ruokaa painamalla annosteluvipua. Joka kerta, kun kokeellinen jyrsijä painoi vipua, se sai ruokapelletin, kun taas kontrollijyrsijät eivät saaneet mitään. Kaksi päivää myöhemmin, tutkijat testasivat oppimista asettamalla jyrsijät takaisin erityiseen häkkiin. Kerran häkissä, kokeelliset jyrsijät painivat voimakkaasti vipua, vaikka se ei enää toimittanut ruokaa, osoittaen, että he ovat oppineet menestyksekkäästi uuden toiminnan, kun taas kontrollijyrsijät etsivät ympäriinsä ja painavat vipua vain muutaman kerran.

Eri aikoina kokeiden aikana, tutkijat tutkivat hermoston toimintaa jyrsijöiden aivoissa. He havaitsivat, että heti harjoituksen jälkeen, neurotoneja tietyillä striatumin alueilla olivat aktiivisempia kokeellisissa jyrsijöissä kuin kontrolliryhmässä. Tämä oli ajanjakso, jolloin muistin äskettäin opitusta toiminnasta tiedetään tallennettavan, tai koodattu, aivoissa myöhempää käyttöä varten. Varsinkin, tämä nähtiin dorsolateraalisessa striatumissa, posteriorinen dorsomedial striatum, ja ydin accumbens, olettaa, että näillä aloilla oli rooli oppimisessa.

Jos haluat testata tätä lisää, tutkijat pistävät kullekin alueelle lääkkeen, anisomysiini, joka estää soluja valmistamasta pitkäaikaiseen muistin varastointiin tarvittavia proteiineja. Lääke pistettiin joko heti harjoituksen jälkeen tai kuusi tuntia myöhemmin, aika, jolloin muistin tallentamiseen tarvittavat uudet proteiinit olisi jo pitänyt tuottaa. Yllättäen, tutkijat havaitsivat, että lääke vain häiritsi eläinten kykyä muistaa uusi toiminta, kun se injektoitiin selkärangan striatumiin heti harjoituksen jälkeen. Injektiot muille alueille eivät vaikuttaneet oppimiseen.

"Olimme yllättyneitä näistä tuloksista. Perinteisesti uskotaan, että toimintaoppimista koodaa takaosa dorsomedial striatum, kun taas dorsolateral striatum huolehtii vain tottumuksista. Mutta sitä emme nähneet, "sanoi tohtori Smith." Sen sijaan tuloksemme viittasivat siihen, että tapojen säätelyn lisäksi dorsolateraalinen striatum myös vahvistaa toiminnan oppimista heti uuden toiminnan oppimisen jälkeen. "

Jatkokokeet tukivat tätä ajatusta. Esimerkiksi, neuronien toiminnan kemiallinen estäminen dorsolateraalisessa striatumissa pian harjoituksen jälkeen esti myös jyrsijöitä muistamasta käyttää vipua ruoan hakemiseen.

Lopuksi, kun tutkijat tarkastelivat tätä aluetta tarkemmin, he havaitsivat, että oppimista voivat ohjata kaksi vierekkäistä ja vastakkaista hermopiiriä, joiden tiedetään reagoivan välittäjäaine dopamiiniin. Yhdessä piirissä, solujen, joita kutsutaan D1 -reseptoriväliaineeksi, piikkien neuronien aktiivisuus nousi välittömästi harjoittelun jälkeen, ja näiden solujen estäminen haittasi oppimista. Verrattuna, muiden solujen aktiivisuus, joita kutsutaan D2 -reseptorin keskipitkiksi piikkisiksi neuroneiksi, hiljainen harjoittelun jälkeen ja toiminnan estäminen paransi eläinten kykyä muistaa uusi toiminta. Erillisissä kokeissa tutkijat havaitsivat, että D2 -neuronien toiminnan estäminen estää jyrsijöitä näyttämästä aiemmin opittuja tapoja.

"Tuloksemme viittaavat siihen, että uuden toiminnan oppimisen ja vanhojen tapojen ilmaisun välillä on herkkä tasapaino, jota ohjaa kahden eri neuronipopulaation yin-yang-aktiivisuus dorsolateraalisessa striatumissa, "sanoi tohtori Kenny." Tulevaisuudessa aiomme tutkia, miten tämän tasapainon rikkominen vaikuttaa aivosairauksien toimintahäiriöihin. "

• COVID-19-rokote saa aikaan vasta-ainevasteita lähes yhdeksällä kymmenestä immunosuppressantteja käyttävästä ihmisestä
• Suoliston mikro-organismit auttavat säätelemään kasvainten vastaisia ​​immuunivasteita sädehoidolle,