Studie virtuální reality u myší přináší nové stopy v paměti

Nová metoda výzkumu, která zahrnuje virtuální realitu a zobrazování mozku, se používá ke zjištění, jak mozek vytváří krátkodobé vzpomínky používané při rozhodování.

Vědci z Princetonské univerzity studovali krysy, když vyjednávali o virtuálním bludišti. Sledováním mozkové aktivity myší objevili sekvenční vzorce neuronové aktivity, když mozek drží paměť.

Předchozí výzkum se soustředil na myšlenku, že populace neuronů se během období paměti střílí společně s podobnými vzory.

Zjištění osvětlují, co se děje v mozku během „pracovní paměti“, když mysl ukládá informace na krátkou dobu před tím, než na ni působí nebo ji integruje s dalšími informacemi.

Pracovní paměť je ústřední součástí uvažování, porozumění a učení. Předpokládá se, že některé poruchy mozku, jako je schizofrenie, zahrnují deficity pracovní paměti.

"Studie, jako je tato, jsou zaměřeny na pochopení základních principů nervové činnosti během pracovní paměti v normálním mozku." Práce však může v budoucnu pomoci vědcům pochopit, jak by mohla být aktivita změněna u mozkových poruch, které zahrnují deficity v pracovní paměti, “uvedl výzkumný pracovník David Tank, Ph.D.

Ve studii vzorce postupného střelení neuronů odpovídaly tomu, zda se myš bude otáčet doleva nebo doprava, když se pohybuje v bludišti a hledá odměnu. Vědci z Princetonu zjistili, že různé vzorce odpovídaly různým rozhodnutím myší.

Sekvenční vzorce vypalování neuronů pokrývaly zhruba 10sekundové období, které trvalo, než si myš vytvořila paměť, uložila ji a rozhodla o tom, kterým směrem se obrátit. Během tohoto období bylo pozorováno, že jednotlivé podmnožiny neuronů střílejí postupně.

Vědci tvrdí, že nálezy kontrastují s mnoha stávajícími modely toho, jak mozek ukládá vzpomínky a rozhoduje.

Jedinečnost sekvencí otočení doleva a doprava znamenala, že experimenty se zobrazováním mozku v podstatě umožnily vědcům provádět jednoduchou formu „čtení mysli“. Zobrazováním a zkoumáním mozkové aktivity v rané fázi běhu myši v bludišti mohli vědci identifikovat produkovanou sekvenci nervové aktivity a mohli spolehlivě předpovědět, kterým směrem se bude myš otáčet několik sekund před tím, než tah skutečně začal.

Sekvence neurální aktivity objevené v nové studii se odehrávají v části mozku zvané zadní temenní kůra. Předchozí studie u opic a lidí naznačují, že zadní temenní kůra je část mozku, která je důležitá pro plánování pohybu, prostorovou pozornost a rozhodování.

Nová studie je první, kdo ji analyzuje na myši. "Doufáme, že pomocí myši jako našeho modelového systému budeme schopni využívat silné genetické přístupy k pochopení mechanismů komplexních kognitivních procesů," uvedl spoluautor Christopher Harvey, Ph.D.

Jedinečným aspektem této studie bylo použití virtuální reality k vytvoření bludiště, spíše než k tradičnímu fyzickému bludišti. Tento přístup byl vyvíjen v laboratoři tanků posledních několik let.

Myši chodily a běhaly po povrchu sférického běžeckého pásu, zatímco jejich hlava zůstávala nehybná ve vesmíru, což je ideální pro zobrazování mozku. Počítačem generované pohledy na virtuální prostředí byly promítány na širokoúhlou obrazovku obklopující běžecký pás. Pohyb koule produkovaný chůzí a otáčením myši byl detekován optickými senzory na rovníku koule a byl použit ke změně vizuálního zobrazení k simulaci pohybu ve virtuálním prostředí.

K zobrazení mozku vědci použili optický mikroskop, který používal infračervené laserové světlo, aby se podíval hluboko pod povrch, aby vizualizoval populaci neuronů a zaznamenal jejich střelbu.

Systém virtuální reality v kombinaci se zobrazovacím systémem a senzorem vápníku umožnil vědcům vidět populace jednotlivých neuronů střílejících v pracovním mozku. "Je to, jako bychom otevírali počítač a dívali se dovnitř na všechny signály, abychom zjistili, jak to funguje," řekl Tank.

Výzkumníci připouštějí, že studie populací jednotlivých neuronů, které se nazývají měření buněčného rozlišení, jsou náročné, protože mozek obsahuje miliardy neuronů těsně spojených.

Přístrojové vybavení vyvinuté laboratoří Tank je jedním z mála, které dokáže zaznamenat střelbu ze skupin jednotlivých neuronů v mozku, když je subjekt vzhůru. Většina studií mozkových funkcí u lidí zahrnuje studium aktivity v celých oblastech mozku pomocí nástroje, jako je magnetická rezonance (MRI), který společně průměruje aktivitu mnoha tisíc neuronů.

"Data zcela jasně ukazují, že přinejmenším určitá forma krátkodobé paměti je založena na posloupnosti neuronů předávajících informace z jednoho do druhého, jakési„ brigády neuronů, "řekl Christof Koch, neurolog, který byl není zapojen do studie.

Studie byla publikována online v časopise Příroda.

Zdroj: Princetonská univerzita