Haberler

‘Zombi nöronları’ beynin nasıl öğrendiğine ışık tutuyor

Başınızın arkasında yer alan beyincik, eylemlerimizi geçmiş deneyimlere göre uyarlayarak öğrenme şeklimizde çok önemli bir rol oynayan bir beyin yapısıdır. Ancak bu öğrenmenin gerçekleştiği kesin yollar hâlâ tanımlanıyor.

Champalimaud Vakfı’ndan bir ekip tarafından yürütülen bir çalışma, “zombi nöronları” olarak adlandırılan tesadüfi bir bulguyla bu tartışmaya yeni bir açıklık getiriyor. Canlı fakat işlevsel olarak değiştirilmiş olan bu nöronlar, beyinciğin kritik öğretim sinyallerine ilişkin anlayışımızı ilerletmeye yardımcı oldu.

Beyindeki nöronların yarısından fazlasını barındırmasına rağmen “beyincik” kelimesi “küçük beyin” anlamına gelir. Hareketleri ve dengeyi koordine etmek, kalabalık bir caddede yürümek veya spor yapmak gibi günlük görevleri sorunsuz bir şekilde yerine getirmenize yardımcı olmak için gereklidir. Duyusal ipuçlarını belirli eylemlerle ilişkilendirmenize olanak tanıyan öğrenme süreci için de çok önemlidir.

İçini dökmeden bir bardağı her aldığınızda, uyguladığınız kuvvet miktarını kabın ağırlığına ve doluluğuna göre zahmetsizce ayarladığınızda, beyinciğin görsel sinyalleri karşılık gelen hareketle ilişkilendirme yeteneğinin sonuçlarını yaşıyorsunuz. tepkiler.

Beynin ‘öğretme sinyalleri’

Öğrenmenin gerçekleşmesi için beyincik sürekli olarak dış dünyayı ve onun içinde yaptığımız hareketlerin sonuçlarını izler. Bir hata yaptığımızda, hatalarımızla ilgili bilgiler beyin bağlantılarının gücünü ayarlamak için kullanılabilir ve bu da zamanla belirli ipuçlarına verdiğimiz davranışsal tepkilerde değişikliklere yol açar. Ancak bu tür “hataların” veya “öğretme sinyallerinin” davranışta öğrenilmiş değişiklikleri yönlendirmek için beyinde nasıl temsil edildiği tam olarak bilinmemektedir.

Champalimaud Vakfı’nın Carey Laboratuvarı’nın en son araştırması şu tarihte yayınlandı: Doğa Sinir BilimiTırmanma lifleri olarak adlandırılan belirli bir beyincik girdileri sınıfındaki aktivitenin, ilişkisel öğrenmenin gerçekleşmesi için kesinlikle gerekli olduğuna dair ikna edici kanıtlar sağlar.

Tırmanan liflerin ve hedeflerinin, yani serebellar Purkinje hücrelerinin öğrenmedeki rolünü incelemek için araştırmacılar, fareleri içeren bir deney tasarladılar. Göz kırpma şartlandırması olarak bilinen ortak bir öğrenme görevini kullandılar. Bu görevde fare, bir olaydan önce gelen ışık gibi belirli bir sinyale (tipik olarak gözüne yönelik hafif bir hava üflemesi) yanıt olarak göz kırpmayı öğrenir. Hayvanlar daha sonra çağrışımsal öğrenme sergiliyor, duyusal bir sinyali uyarlanabilir bir hareket tepkisine bağlamayı öğreniyor (bu durumda yanıp sönüyor).

Araştırmanın baş yazarı Dr. Tatiana Silva şöyle açıklıyor: “Deneyimizde optogenetik adı verilen bir teknik kullandık. Bu yöntem, beyin hücreleri için son derece hassas bir uzaktan kumanda gibi işlev görüyor; ilgilenilen belirli hücreleri açmak veya kapatmak için ışık kullanıyor. son derece özel zamanlar.”

Silva şöyle devam ediyor: “Tırmanan lifler normalde göze gelen hava üflemesi gibi duyusal uyaranlara tepki verir. Bu lifleri optogenetikle hassas bir şekilde etkinleştirerek, fareyi aslında hava üflemediği halde hava üflemesi aldığını düşünmesi için kandırmayı başardık. Görsel bir işaretin sunumu sırasında tırmanma liflerini sürekli olarak uyardıktan sonra, fareler, uyarının yokluğunda bile bu işarete yanıt olarak göz kırpmayı öğrendiler. Bu, bu liflerin bu tür ilişkisel öğrenmeyi yönlendirmek için yeterli olduğunu kanıtladı.”

Yazarlar ayrıca tırmanma liflerinin ilişkisel öğrenme için de gerekli olduğunu göstermeyi başardılar. Silva, “Gerçek bir hava üflemesinin sunumu sırasında tırmanan lifleri seçici olarak susturmak için optogenetik kullandığımızda, fareler görsel işarete tepki olarak göz kırpmayı öğrenmede tamamen başarısız oldu” diye açıklıyor.

Carey’nin ekibi benzer şekilde beyincikteki başka türdeki beyin hücrelerini de manipüle etti, ancak hiçbirinin öğrenme için bu kadar güvenilir öğretim sinyalleri sağlayamadığını buldu.

‘Zombi nöronlarının’ ortaya çıkışı

Bazı verilere daha yakından bakıldığında araştırmacılar beklenmedik bir gelişme keşfettiler. Tırmanma lifi aktivitesini optogenetik kullanarak manipüle etmek için, bu nöronlarda Channelrhodopsin-2 (ChR2) adı verilen ışığa duyarlı bir proteini eksprese etmek için genetik araçlar kullanmışlardı.

Şaşırtıcı bir şekilde, ChR2 eksprese eden farelere geleneksel hava püskürtme yöntemini kullanarak öğretmeye çalıştıklarında hayvanların öğrenmede tamamen başarısız olduklarını buldular. Carey’nin açıkladığı gibi, bu farelerin serebellasındaki nöral aktivitenin sistematik kayıtlarından sonra, “ChR2’nin tırmanma liflerine dahil edilmesinin, bunların doğal özelliklerini değiştirdiği ve hava üfleme gibi standart duyusal uyaranlara uygun şekilde yanıt vermelerini engellediği ortaya çıktı. , hayvanların öğrenme yeteneğini tamamen engelledi.”

Silva şöyle diyor: “Dikkate değer olan şey, aynı farelerin, hava üfleme yerine tırmanma lifi uyarımını görsel bir işaretle eşleştirdiğimizde mükemmel bir şekilde öğrenmeleriydi.”

Ekip, istemeden de olsa nörobilimde uzun süredir devam eden bir hedefe ulaşmıştı: belirli nöronlar içindeki belirli aktivite modellerini, iletişimlerini tamamen kesmeden modüle etmek, böylece nedensel rollerini açıklığa kavuşturmak için daha doğal bir müdahale sağlamak.

Başka bir deyişle, tırmanma lifleri kendiliğinden aktif kalmasına ve diğer açılardan açıkça işlevsel olmasına rağmen, duyusal uyaranların değişen kodlaması, hayvanların bu görevi öğrenmesini tamamen engelledi. Bu, Silva’nın onları “zombi nöronlar” olarak adlandırmasına yol açtı: işlevsel olarak canlı ama her zamanki gibi beyin devresiyle etkileşime girmiyor.

Tırmanan liflerdeki ChR2 ekspresyonunun beklenmedik etkilerinin inceliğinden dolayı Dr. Megan Carey şöyle diyor: “Bu sonuçlar, tırmanan lif sinyallerinin serebellar ilişkisel öğrenme için gerekli olduğuna dair bugüne kadarki en ikna edici kanıt olarak hizmet ediyor. Sonraki adımlarımız ChR2’nin nedenini anlamayı içerir. ifade, nöronların ‘zombifikasyonuna’ yol açar ve bulgularımızın diğer serebellar öğrenme biçimlerine uzanıp uzanmadığını belirler.”

Champalimaud Bilinmeyenler Merkezi tarafından sağlanmıştır



Kaynak ve İleri Okuma: https://medicalxpress.com/news/2024-04-zombie-neurons-brain.html

İlgili Makaleler

Başa dön tuşu