Τα χρονικά κελιά παίζουν βασικό ρόλο στην εκμάθηση πολύπλοκων εργασιών

περίληψη: Νέα έρευνα αποκαλύπτει ότι τα «χρονικά κύτταρα» του εγκεφάλου, τα οποία παίζουν κρίσιμο ρόλο στην εκμάθηση πολύπλοκων συμπεριφορών που απαιτούν ακριβή χρονισμό, δεν είναι απλώς απλοί χρονομετρητές. Αυτά τα κύτταρα προσαρμόζουν τα μοτίβα πυροδότησης καθώς τα ποντίκια μαθαίνουν να διακρίνουν μεταξύ γεγονότων διαφορετικού χρονισμού, υποδηλώνοντας έναν πιο περίπλοκο ρόλο στην επεξεργασία χρονικών πληροφοριών. Αυτή η ανακάλυψη θα μπορούσε να βοηθήσει στην έγκαιρη ανίχνευση νευροεκφυλιστικών ασθενειών όπως το Αλτσχάιμερ.

Βασικά στοιχεία:

• Τα χρονικά κελιά εκτελούνται διαδοχικά για να σχεδιάσουν μικρές χρονικές περιόδους.
• Αυτά τα κύτταρα αλλάζουν τα πρότυπα δραστηριότητάς τους όταν τα ποντίκια μαθαίνουν πολύπλοκες εργασίες που εξαρτώνται από το χρόνο.
• Τα χρονικά κύτταρα είναι απαραίτητα για τη μάθηση, αλλά όχι για την απλή αντίληψη του χρόνου.

πηγή: Πανεπιστήμιο της Γιούτα

Η αίσθηση του χρόνου είναι θεμελιώδης για το πώς κατανοούμε, θυμόμαστε και αλληλεπιδρούμε με τον κόσμο. Καθήκοντα που κυμαίνονται από τη συζήτηση μέχρι την οδήγηση αυτοκινήτου απαιτούν από εμάς να θυμόμαστε και να αναγνωρίζουμε πόσο χρόνο χρειάζονται τα πράγματα, μια περίπλοκη αλλά σε μεγάλο βαθμό ασυνείδητη διαδικασία υπολογισμού που βρίσκεται συνεχώς κάτω από την επιφάνεια των σκέψεών μας.

Τώρα, ερευνητές στο Πανεπιστήμιο της Utah Health ανακάλυψαν ότι ένα συγκεκριμένο σύνολο «χρονικών κυττάρων» σε ποντίκια είναι απαραίτητο για την εκμάθηση περίπλοκων συμπεριφορών όπου ο συγχρονισμός είναι ζωτικής σημασίας. Όπως ο δεύτερος δείκτης σε ένα ρολόι, τα χρονικά κελιά τρέχουν διαδοχικά για να σχεδιάσουν μικρές χρονικές περιόδους.

Αλλά τα χρονικά κύτταρα είναι κάτι περισσότερο από ένα απλό ρολόι, όπως διαπίστωσαν οι ερευνητές, καθώς τα ζώα μαθαίνουν να διακρίνουν μεταξύ γεγονότων διαφορετικού χρονισμού, το μοτίβο της δραστηριότητας των κυττάρων του χρόνου αλλάζει για να αντιπροσωπεύει κάθε μοτίβο γεγονότων. Αυτή η ανακάλυψη θα μπορούσε τελικά να βοηθήσει στην έγκαιρη ανίχνευση νευροεκφυλιστικών ασθενειών, όπως το Αλτσχάιμερ, που επηρεάζουν την αίσθηση του χρόνου.

Η νέα μελέτη δημοσιεύτηκε στο Φυσική Νευροεπιστήμη.

Κωδικός ποντικιού

Συνδυάζοντας μια σύνθετη εργασία μάθησης βασισμένη στον χρόνο με προηγμένη απεικόνιση του εγκεφάλου, οι ερευνητές μπόρεσαν να παρακολουθήσουν τα μοτίβα χρονικής δραστηριότητας των κυττάρων να γίνονται πιο περίπλοκα καθώς μάθαιναν τα ποντίκια. Οι ερευνητές διεξήγαγαν αρχικά ένα πείραμα στο οποίο οι διαφορές στη μάθηση στον χρόνο των γεγονότων ήταν ζωτικής σημασίας. Για να λάβουν μια ανταμοιβή, τα ποντίκια έπρεπε να μάθουν να διακρίνουν μεταξύ μοτίβων ερεθισμάτων οσμής με μεταβλητό χρονισμό, σαν να μάθαιναν μια πολύ απλή μορφή κώδικα Μορς.

Πριν και αφού τα ποντίκια έμαθαν, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν εξελιγμένη μικροσκοπία για να παρακολουθήσουν μεμονωμένα χρονικά κύτταρα να πυροδοτούνται σε πραγματικό χρόνο. Αρχικά, τα χρονικά κύτταρα ανταποκρίθηκαν με τον ίδιο τρόπο σε κάθε τύπο ερεθίσματος οσμής. Αλλά όταν έμαθαν μοτίβα ερεθισμάτων με διαφορετικούς χρονισμούς, τα ποντίκια ανέπτυξαν διαφορετικά μοτίβα χρονοκυτταρικής δραστηριότητας για κάθε είδος γεγονότος.

Συγκεκριμένα, κατά τη διάρκεια πειραμάτων στα οποία τα ποντίκια έκαναν λάθη, οι ερευνητές μπόρεσαν να δουν ότι τα χρονικά τους κύτταρα πυροδοτούσαν συχνά με λάθος σειρά, υποδηλώνοντας ότι η σωστή αλληλουχία της δραστηριότητας των χρονικών κυττάρων είναι κρίσιμη για την εκτέλεση εργασιών που βασίζονται στον χρόνο.

«Τα χρονικά κύτταρα υποτίθεται ότι είναι ενεργά σε συγκεκριμένες στιγμές κατά τη διάρκεια μιας εμπειρίας», δήλωσε ο Hyunwoo Lee, Ph.D., μεταδιδακτορικός συνεργάτης στη νευροβιολογία στο Πανεπιστήμιο της Γιούτα Spencer Fox Eccles School of Medicine και συν-πρώτος συγγραφέας της μελέτης.

«Αλλά όταν τα ποντίκια έκαναν λάθη, αυτή η επιλεκτική δραστηριότητα έγινε χαοτική».

Δεν είναι απλώς ένα χρονόμετρο

Παραδόξως, τα χρονοκύτταρα παίζουν έναν πιο περίπλοκο ρόλο από το να παρακολουθούν απλώς τον χρόνο, είπε η Erin Bigos, πτυχιούχος ερευνητικός βοηθός στη νευροβιολογία και συν-πρώτος συγγραφέας της μελέτης.

Όταν οι ερευνητές αδρανοποίησαν προσωρινά την περιοχή του εγκεφάλου που περιέχει χρονικά κύτταρα, τον ενδορινικό φλοιό (MEC), τα ποντίκια μπορούσαν ακόμα να αντιληφθούν τον χρόνο των γεγονότων και ακόμη και να τα προβλέψουν. Αλλά δεν μπορούσαν να μάθουν πολύπλοκες εργασίες που σχετίζονται με το χρόνο από την αρχή.

“Το MEC δεν λειτουργεί ως ένα πραγματικά απλό χρονόμετρο που είναι απαραίτητο για την παρακολούθηση του χρόνου σε οποιαδήποτε απλή περίσταση”, είπε ο Bigos. «Ο ρόλος του φαίνεται να είναι να μάθει αυτές τις πιο περίπλοκες χρονικές σχέσεις».

Είναι ενδιαφέρον ότι προηγούμενες έρευνες για το MEC ανακάλυψαν ότι εμπλέκεται επίσης στην εκμάθηση χωρικών πληροφοριών και στην κατασκευή «νοητικών χαρτών». Στη νέα μελέτη, οι ερευνητές παρατήρησαν ότι τα μοτίβα της εγκεφαλικής δραστηριότητας που εμφανίζονται κατά τη διάρκεια των εργασιών μάθησης που βασίζονται στον χρόνο δείχνουν κάποιες ομοιότητες με τα προηγούμενα παρατηρηθέντα πρότυπα που εμπλέκονται στη χωρική μάθηση. Οι πτυχές και των δύο μοντέλων επιμένουν ακόμη και όταν το ζώο δεν μαθαίνει ενεργά.

Αν και χρειάζεται περισσότερη έρευνα, αυτά τα ευρήματα υποδηλώνουν ότι ο εγκέφαλος μπορεί να επεξεργάζεται τον χώρο και τον χρόνο με ουσιαστικά παρόμοιους τρόπους, σύμφωνα με τους ερευνητές.

«Πιστεύουμε ότι ο ενδορινικός φλοιός μπορεί να εξυπηρετεί έναν διπλό σκοπό, χρησιμεύει ως μέτρο της απόστασης και ως ρολόι για την παρακολούθηση του χρόνου που έχει περάσει», δήλωσε ο James Hayes, Ph.D., επίκουρος καθηγητής νευροβιολογίας και ανώτερος συγγραφέας της μελέτης.

“Αυτές είναι οι πρώτες περιοχές του εγκεφάλου που επηρεάζονται από νευροεκφυλιστικές ασθένειες όπως το Αλτσχάιμερ. Μας ενδιαφέρει να διερευνήσουμε εάν οι σύνθετες, χρονομετρημένες συμπεριφορικές εργασίες θα μπορούσαν να είναι ένας χρήσιμος τρόπος για την ανίχνευση της πρώιμης έναρξης της νόσου του Αλτσχάιμερ. -Τζέιμς Χέις

Οι ερευνητές λένε ότι μαθαίνοντας πώς ο εγκέφαλος επεξεργάζεται τον χρόνο θα μπορούσε τελικά να βοηθήσει στην ανίχνευση νευροεκφυλιστικών ασθενειών όπως το Αλτσχάιμερ. Το MEC είναι μία από τις πρώτες περιοχές του εγκεφάλου που επηρεάζονται από τη νόσο του Αλτσχάιμερ, υποδηλώνοντας ότι οι σύνθετες εργασίες χρονισμού θα μπορούσαν να είναι ένας τρόπος για την πρώιμη ανάπτυξη της νόσου.

Χρηματοδότηση: Υποστήριξη παρείχε το Ίδρυμα Whitehall, το Brain and Behavior Research Foundation, τα Εθνικά Ινστιτούτα Υγείας και το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών.

Σχετικά με την έρευνα της νευροεπιστήμης και τις ειδήσεις εκμάθησης

συγγραφέας: Σοφία Φρίσεν
πηγή: Πανεπιστήμιο της Γιούτα
επικοινωνία: Sophia Friesen – Πανεπιστήμιο της Γιούτα
εικόνα: Η εικόνα πιστώθηκε στο Neuroscience News

Αρχική αναζήτηση: Κλειστή πρόσβαση.
“Ο ενδορινικός φλοιός μεσολαβεί στην εκμάθηση της συμπεριφοράς του χρονικού διαστήματος που εξαρτάται από το πλαίσιο«Από τους Hyunwoo Lee et al. Φυσική Νευροεπιστήμη

μια περίληψη

Ο ενδορινικός φλοιός μεσολαβεί στην εκμάθηση της συμπεριφοράς του χρονικού διαστήματος που εξαρτάται από το πλαίσιο

Η επεισοδιακή μνήμη απαιτεί κωδικοποίηση της χρονικής δομής της εμπειρίας και βασίζεται σε εγκεφαλικά κυκλώματα στον έσω κροταφικό λοβό, συμπεριλαμβανομένου του έσω ενδορινικού φλοιού (MEC). Πρόσφατες μελέτες έχουν εντοπίσει «χρονικές κυψέλες» του MEC, οι οποίες πυροδοτούνται σε συγκεκριμένες στιγμές κατά τη διάρκεια εργασιών χρονισμού διαστήματος, πλευρίζοντας συλλογικά ολόκληρη τη χρονική περίοδο.

Έχει υποτεθεί ότι τα χρονικά κύτταρα MEC μπορούν να παρέχουν χρονικές πληροφορίες απαραίτητες για επεισοδιακές μνήμες, ωστόσο παραμένει άγνωστο εάν εμφανίζουν τη δυναμική μάθησης που απαιτείται για την κωδικοποίηση διαφορετικών χρονικών πλαισίων. Για να το διερευνήσουμε αυτό, αναπτύξαμε ένα νέο παράδειγμα συμπεριφοράς που απαιτεί από τα ποντίκια να κάνουν διάκριση μεταξύ χρονικών πλαισίων.

Σε συνδυασμό με μεθόδους απεικόνισης ασβεστίου κυτταρικής ανάλυσης, διαπιστώσαμε ότι τα χρονικά κύτταρα MEC εμφανίζουν νευρική δραστηριότητα εξαρτώμενη από το περιβάλλον που προκύπτει με την εκμάθηση εργασιών.

Μέσω της χημικής αδρανοποίησης διαπιστώσαμε ότι η δραστηριότητα MEC είναι απαραίτητη για την εκμάθηση της συμπεριφοράς χρονισμού διαστήματος που εξαρτάται από το πλαίσιο. Τέλος, βρήκαμε στοιχεία για έναν κοινό μηχανισμό κυκλώματος που μπορεί να διεγείρει τη διαδοχική δραστηριότητα τόσο των χρονικών κυττάρων όσο και των χωρικά επιλεκτικών νευρώνων στο MEC.

Η εργασία μας προτείνει ότι η πυροδότηση των χρονικών κυψελών MEC που μοιάζει με ρολόι μπορεί να διαμορφωθεί με τη μάθηση, επιτρέποντας την παρακολούθηση διαφορετικών χρονικών δομών που προκύπτουν μέσω της εμπειρίας.