Gamla vana-kontrollerande neuroner kan också spela en avgörande roll i nytt handlingsinlärning

Tänk dig att arbeta på din dator och skriva samma långa lösenord som du har använt i flera år för att komma åt din e -post. Av vana, du utför denna sekvens nästan omedvetet. Men då, en dag, du snubblar över en genväg. Det går snabbare men innebär att man lär sig och minns en ny uppsättning knapptryckningar.

I en studie av gnagare, forskare vid Icahn School of Medicine vid Mount Sinai upptäckte att en del av hjärnan som traditionellt tros kontrollera att skriva den gamla sekvensen också kan spela en avgörande roll för att lära sig den nya. Resultaten, publicerad den 25 augusti ^th i Naturkommunikation , föreslå att denna process innebär en känslig balans i aktiviteten hos två angränsande neurala kretsar:en dedikerad till nya handlingar och den andra till gamla vanor.

I åratal trodde forskare att vanor och att lära sig nytt, givande åtgärder kontrollerades troligen av olika delar av hjärnan. Förvånande, vi fann att ett hjärnområde traditionellt tänkt att specialisera sig i uttryck för gamla vanor också kan hjälpa hjärnan att lära sig nya handlingar. I sista hand, vi hoppas att dessa resultat ger ny insikt i hjärncellerna och kretsarna som ligger till grund för en mängd olika störningar som involverar avvikelser i hur våra handlingar kontrolleras, inklusive Parkinsons sjukdom och drogberoende. "

Paul J. Kenny, Doktorsexamen, Ward-Coleman-professor och ordförande för Nash Family Department of Neuroscience vid Mount Sinai och seniorförfattare till tidningen

Studien leddes av Alexander C. W. Smith, Doktorsexamen, en instruktör i Kenny lab, och Sietse Jonkman, Doktorsexamen, en tidigare postdoktor vid berget Sinai.

Actioninlärning sker när man gör något, som att flytta ett föremål, ger en fördel, som att hitta mat eller undvika en fiende. I den här studien, forskarna undersökte rollen som striatum spelar i denna typ av lärande. Ligger djupt inne i hjärnan, striatum är känt för att vara involverat i att kontrollera rörelser och handlingar.

"Även om forskare har antagit att striatum är involverat i actioninlärning, få har faktiskt testat denna idé, "sa Dr Jonkman." Vi ville ta en djupgående titt på de striatala kretsarna som kan vara inblandade i actioninlärning. "

Att göra detta, forskarna testade hungriga gnagares förmåga att hitta mat. På dag ett av experimenten, gnagarna sattes i en speciell bur och utbildades för att tjäna mat genom att trycka på en dispenserspak. Varje gång en experimentell gnagare tryckte på spaken fick den en matpellets medan kontroll gnagare inte fick någon. Två dagar senare, forskarna testade lärande genom att sätta tillbaka gnagarna i den speciella buren. Väl i buren, de experimentella gnagarna tryckte kraftigt på spaken trots att den inte längre levererade mat, som indikerar att de framgångsrikt hade lärt sig den nya handlingen, medan kontrollgnagarna skulle söka runt och bara trycka på spaken några gånger.

Vid olika tidpunkter under experimenten, forskarna undersökte neural aktivitet i gnagarnas hjärnor. De fann att omedelbart efter ett träningspass, neuroner i specifika områden av striatum var mer aktiva i experimentella gnagare än de i kontrollgruppen. Detta var en period då minnet av den nyinlärda åtgärden är känt för att lagras, eller kodad, i hjärnan för senare användning. Framför allt, detta sågs i dorsolaterala striatum, posterior dorsomedial striatum, och kärnan accumbens, tyder på att dessa områden spelade en roll för inlärning.

För att testa detta ytterligare, forskarna injicerade i varje område ett läkemedel, anisomycin, vilket hindrar celler från att tillverka de proteiner som krävs för långtidsminneslagring. Läkemedlet injicerades antingen direkt efter ett träningspass eller sex timmar senare, en tid då de nya proteinerna som krävs för minneslagring redan borde ha producerats. Oväntat, forskarna fann att läkemedlet förstörde djurens förmåga att komma ihåg den nya åtgärden när den injicerades i dorsolaterala striatum omedelbart efter träningspasset. Injektioner på andra områden hade ingen effekt på inlärningen.

"Vi blev förvånade över dessa resultat. Traditionellt sett man tror att actioninlärning kodas av det bakre dorsomediala striatumet medan det dorsolaterala striatum bara tar hand om vanor. Men det var inte det vi såg, "sa Dr Smith." I stället föreslog våra resultat att förutom att reglera vanor, dorsolaterala striatum konsoliderar också handlingsinlärning omedelbart efter att den nya åtgärden har lärt sig. "

Ytterligare experiment stödde denna idé. Till exempel, kemiskt blockera neurons aktivitet i dorsolaterala striatum strax efter ett träningspass hindrade också gnagarna från att komma ihåg att använda spaken för att hämta mat.

Till sist, när forskarna tittade närmare på detta område, de fann att inlärning kan styras av två angränsande och motverkande neurala kretsar som är kända för att svara på signalsubstansen dopamin. I en krets, aktiviteten hos celler som kallas D1 -receptormedium spiny neuroner steg omedelbart efter träning, och inhibering av dessa celler hindrade inlärning. I kontrast, aktiviteten hos de andra cellerna, kallas D2 -receptormedium spiny neuroner, tystade efter träning och blockerade deras aktivitet förbättrade djuren förmåga att komma ihåg den nya åtgärden. I en separat uppsättning experiment fann forskarna att blockering av D2 -neuronaktivitet hindrade gnagarna från att visa tidigare inlärda vanor.

"Våra resultat tyder på att det finns en känslig balans mellan nytt handlingsinlärning och uttryck för gamla vanor, som styrs av yin-yang-aktiviteten hos två olika populationer av neuroner i det dorsolaterala striatum, "sa Dr Kenny." I framtiden, Vi planerar att studera hur störning av denna balans bidrar till felanpassade åtgärder vid hjärnstörningar. "

• COVID-19-vaccin framkallar antikroppssvar hos nästan 9 av 10 personer som tar immunsuppressiva medel
• Tarmmikroorganismer hjälper till att reglera antitumörimmunsvar på strålbehandling,