Studiul de realitate virtuală al șoarecilor oferă noi indicii despre memorie

O nouă metodă de cercetare care încorporează realitatea virtuală și imagistica creierului este utilizată pentru a afla cum creierul formează amintiri pe termen scurt utilizate în luarea deciziilor.

Cercetătorii Universității Princeton au studiat șobolanii în timp ce negociau un labirint virtual. Urmărind activitatea creierului șoarecilor, au descoperit modele secvențiale ale activității neuronilor atunci când creierul ține o memorie.

Cercetările anterioare s-au concentrat pe ideea că populațiile de neuroni trag împreună cu modele similare între ele în perioada de memorie.

Descoperirile luminează ceea ce se întâmplă în creier în timpul „memoriei de lucru”, atunci când mintea stochează informații pentru perioade scurte de timp înainte de a acționa asupra acesteia sau de a le integra cu alte informații.

Memoria de lucru este o componentă centrală a raționamentului, înțelegerii și învățării. Se crede că anumite tulburări ale creierului, cum ar fi schizofrenia, implică deficite în memoria de lucru.

„Studii precum acesta vizează înțelegerea principiilor de bază ale activității neuronale în timpul memoriei de lucru în creierul normal. Cu toate acestea, lucrarea poate ajuta pe viitor cercetătorii să înțeleagă modul în care activitatea ar putea fi modificată în tulburările cerebrale care implică deficite în memoria de lucru ”, a declarat cercetătorul David Tank, Ph.D.

În studiu, modelele de tragere neuronală secvențială au corespuns dacă mouse-ul s-ar întoarce la stânga sau la dreapta în timp ce naviga într-un labirint în căutarea unei recompense. Cercetătorii de la Princeton au descoperit că diferite modele corespundeau diferitelor decizii luate de șoareci.

Modelele secvențiale de declanșare neuronală s-au întins pe o perioadă de aproximativ 10 secunde necesară pentru ca mouse-ul să formeze o memorie, să o stocheze și să ia o decizie cu privire la ce cale să se întoarcă. În această perioadă, s-au observat că subseturi distincte de neuroni trag în ordine.

Cercetătorii spun că descoperirile contrastează cu multe modele existente ale modului în care creierul stochează amintirile și ia decizii.

Unicitatea secvențelor de viraj la stânga și viraj la dreapta a însemnat că experimentele de imagistică a creierului au permis în esență cercetătorilor să efectueze o formă simplă de „citire a minții”. Imaginând și examinând activitatea creierului la începutul curgerii mouse-ului pe labirint, cercetătorii au putut identifica secvența de activitate neuronală produsă și ar putea prezice în mod fiabil în ce direcție se va întoarce mouse-ul cu câteva secunde înainte de începerea curbei.

Secvențele de activitate neuronală descoperite în noul studiu au loc într-o parte a creierului numită cortex parietal posterior. Studiile anterioare la maimuțe și oameni indică faptul că cortexul parietal posterior este o parte a creierului care este importantă pentru planificarea mișcării, atenția spațială și luarea deciziilor.

Noul studiu este primul care îl analizează la mouse. „Sperăm că, folosind mouse-ul ca model de sistem, vom putea folosi abordări genetice puternice pentru a înțelege mecanismele proceselor cognitive complexe”, a spus co-autorul Christopher Harvey, Ph.D.

Un aspect unic al acestui studiu a fost utilizarea realității virtuale pentru a crea un labirint, mai degrabă decât un labirint fizic tradițional. Această abordare a fost în curs de dezvoltare în laboratorul Tank în ultimii ani.

Șoarecii au mers și au fugit pe suprafața unei benzi de rulare sferice în timp ce capul lor a rămas staționar în spațiu, ceea ce este ideal pentru imagistica creierului. Vederile generate de computer ale mediilor virtuale au fost proiectate pe un ecran cu unghi larg care înconjura banda de alergat. Mișcarea sferei produse de mersul și rotirea mouse-ului a fost detectată de senzorii optici de pe ecuatorul mingii și utilizată pentru a schimba afișajul vizual pentru a simula mișcarea printr-un mediu virtual.

Pentru a imagina creierul, cercetătorii au folosit un microscop optic care folosea lumina laser cu infraroșu pentru a privi adânc sub suprafață, pentru a vizualiza o populație de neuroni și a înregistra focul lor.

Sistemul de realitate virtuală, combinat cu sistemul de imagistică și un senzor de calciu, le-a permis cercetătorilor să vadă populații de neuroni individuali care trag în creierul care lucrează. „Este ca și cum am deschide un computer și ne uităm în interior la toate semnalele pentru a afla cum funcționează”, a spus Tank.

Anchetatorii recunosc că studiile populațiilor de neuroni individuali, denumite măsurători de rezoluție celulară, sunt provocatoare deoarece creierul conține miliarde de neuroni strânși împreună.

Instrumentația dezvoltată de laboratorul Tank este una dintre puținele care pot înregistra declanșarea grupurilor de neuroni individuali în creier atunci când un subiect este treaz. Majoritatea studiilor privind funcția creierului la om implică studierea activității în regiuni întregi ale creierului folosind un instrument precum imagistica prin rezonanță magnetică (IRM) care mediază împreună activitatea a mii de neuroni.

„Datele dezvăluie destul de clar că cel puțin o formă de memorie pe termen scurt se bazează pe o secvență de neuroni care transmit informațiile de la unul la altul, un fel de„ brigadă de găleată neuronală ”, a spus Christof Koch, neurolog. neimplicat în studiu.

Studiul a fost publicat online în jurnal Natură.

Sursa: Universitatea Princeton