Gamle vane-kontrollerende nevroner kan også spille en kritisk rolle i ny handlingslæring

Tenk deg å jobbe på datamaskinen din og skrive det samme lange passordet du har brukt i årevis for å få tilgang til e -posten din. Etter vane, du utfører denne sekvensen nesten ubevisst. Men da, en dag, du snubler over en snarvei. Det er raskere, men innebærer å lære og huske et nytt sett med tastetrykk.

I en studie av gnagere, forskere ved Icahn School of Medicine på Mount Sinai oppdaget at en del av hjernen som tradisjonelt tenkes å kontrollere å skrive den gamle sekvensen, også kan spille en kritisk rolle for å lære den nye. Resultatene, publisert 25. august ^th i Naturkommunikasjon , foreslå at denne prosessen innebærer en delikat balanse i aktiviteten til to nabocentrale nevrale kretser:en dedikert til nye handlinger og den andre til gamle vaner.

I årevis trodde forskere at vaner og å lære nytt, givende handlinger ble mest sannsynlig kontrollert av forskjellige deler av hjernen. Overraskende, vi fant ut at et hjerneområde som tradisjonelt tenkes å spesialisere seg i uttrykk for gamle vaner, også kan hjelpe hjernen til å lære nye handlinger. Til syvende og sist, vi håper at disse resultatene gir ny innsikt i hjernecellene og kretsene som ligger til grunn for en rekke lidelser som involverer abnormiteter i hvordan handlingene våre kontrolleres, inkludert Parkinsons sykdom og stoffmisbruk. "

Paul J. Kenny, PhD, Ward-Coleman-professor og leder for Nash Family Department of Neuroscience på Mount Sinai og seniorforfatter av avisen

Studien ble ledet av Alexander C. W. Smith, PhD, en instruktør i Kenny lab, og Sietse Jonkman, PhD, en tidligere postdoktor ved Mount Sinai.

Handlingslæring skjer når du gjør noe, som å flytte et objekt, gir en fordel, for eksempel å finne mat eller unngå en fiende. I denne studien, forskerne undersøkte rollen som striatum spiller i denne typen læring. Ligger dypt inne i hjernen, striatum er kjent for å være involvert i å kontrollere bevegelser og handlinger.

"Selv om forskere har antatt at striatum er involvert i aksjonslæring, få har faktisk testet denne ideen, "sa Dr. Jonkman." Vi ønsket å ta en grundig titt på de striatale kretsene som kan være involvert i action-læring. "

Å gjøre dette, forskerne testet evnen til sultne gnagere til å finne mat. På dag én av forsøkene, gnagere ble satt i et spesielt bur og trent til å tjene mat ved å trykke på en dispenserhendel. Hver gang en eksperimentell gnager trykket på spaken, mottok den en matpellet, mens kontroll gnagere ikke mottok noen. To dager senere, forskerne testet læring ved å sette gnagere tilbake i det spesielle buret. En gang i buret, de eksperimentelle gnagere presset kraftig på spaken selv om den ikke lenger leverte mat, indikerer at de hadde lært den nye handlingen, mens kontroll gnagere ville lete rundt og bare trykke på spaken noen ganger.

På forskjellige tidspunkter under eksperimentene, forskerne undersøkte nevral aktivitet i gnagernes hjerner. De fant ut at umiddelbart etter en treningsøkt, nevroner i bestemte områder av striatum var mer aktive i eksperimentelle gnagere enn de i kontrollgruppen. Dette var en periode da minnet om den nyopplærte handlingen er kjent for å være lagret, eller kodet, i hjernen for senere bruk. Spesielt, dette ble sett i det dorsolaterale striatum, posterior dorsomedial striatum, og nucleus accumbens, antydet at disse områdene spilte en rolle i læringen.

For å teste dette videre, forskerne injiserte et stoff i hvert område, anisomycin, som forhindrer celler i å produsere proteiner som kreves for langtidsminnelagring. Legemidlet ble injisert enten umiddelbart etter en treningsøkt eller seks timer senere, en tid da de nye proteinene som kreves for minnelagring allerede burde vært produsert. Uventet, forskerne fant at stoffet bare forstyrret dyrenes evne til å huske den nye handlingen da den ble injisert i dorsolaterale striatum umiddelbart etter treningsøkten. Injeksjoner på andre områder hadde ingen effekt på læring.

"Vi ble overrasket over disse resultatene. Tradisjonelt sett har det antas at handlingslæring er kodet av posterior dorsomedial striatum mens dorsolaterale striatum bare tar vare på vaner. Men det var ikke det vi så, "sa Dr. Smith." I stedet antydet resultatene at i tillegg til å regulere vaner, dorsolaterale striatum konsoliderer også aksjonslæring umiddelbart etter at den nye handlingen er lært. "

Ytterligere eksperimenter støttet denne ideen. For eksempel, kjemisk blokkering av aktiviteten til nevroner i dorsolaterale striatum like etter en treningsøkt forhindret også gnagere i å huske å bruke spaken for å hente mat.

Endelig, da forskerne så nærmere på dette området, de fant ut at læring kan styres av to nabostillede og motvirkende nevrale kretser som er kjent for å svare på nevrotransmitteren dopamin. I en krets, aktiviteten til celler som kalles D1 reseptor medium spiny neurons steg umiddelbart etter trening, og hemning av disse cellene hindret læring. I motsetning, aktiviteten til de andre cellene, kalt D2 -reseptor medium spiny neurons, stille etter trening og blokkering av aktiviteten forbedret dyrenes evne til å huske den nye handlingen. I et eget sett med eksperimenter fant forskerne at blokkering av D2 -nevronaktivitet forhindret gnagere i å vise tidligere innlærte vaner.

"Resultatene våre antyder at det er en delikat balanse mellom ny handlingslæring og uttrykk for gamle vaner, som kontrolleres av yin-yang-aktiviteten til to forskjellige populasjoner av nevroner i det dorsolaterale striatum, "sa Dr. Kenny." I fremtiden, Vi planlegger å studere hvordan forstyrrelse av denne balansen bidrar til maladaptive handlinger ved hjernesykdommer. "

• COVID-19-vaksine fremkaller antistoffrespons hos nesten 9 av 10 personer som tar immunsuppressiva
• Tarmmikroorganismer hjelper til med å regulere antitumorimmunresponser på strålebehandling,