منبع:
برای بیش از 70 سال، نظریه هبی که به طور محاوره ای به عنوان “نورون هایی که با هم شلیک می کنند، با هم سیم می کشند” خلاصه می شود، به طور منحصر به فردی بر دیدگاه دانشمندان علوم اعصاب در مورد اینکه چگونه سیناپس ها در طول زمان قوی تر یا ضعیف تر می شوند، تسلط داشت. در حالی که این نظریه به خوبی مطالعه شده اساس پیشرفت های متعدد در زمینه علوم اعصاب است، دارای محدودیت هایی است. در سال 2017، محققان در آزمایشگاه Magee نوع جدید و قدرتمندی از شکل پذیری سیناپسی را کشف کردند – انعطاف پذیری سیناپسی مقیاس زمانی رفتاری (BTSP) – که بر این محدودیت ها غلبه کرده و مدلی را ارائه می دهد که به بهترین وجه از مقیاس زمانی نحوه یادگیری یا یادآوری رویدادهای مرتبط در زندگی واقعی تقلید می کند. .
نورون ها با انتقال سیگنال های الکتریکی یا مواد شیمیایی از طریق اتصالاتی به نام سیناپس با یکدیگر ارتباط برقرار می کنند. شکل پذیری سیناپسی به توانایی تطبیقی این اتصالات عصبی برای قوی تر یا ضعیف تر شدن در طول زمان، به عنوان پاسخ مستقیم به تغییرات در محیط خارجی آنها اشاره دارد. این توانایی تطبیقی نورونهای ما برای پاسخ سریع و دقیق به نشانههای خارجی برای بقا و رشد ما حیاتی است و پایه عصبی شیمیایی یادگیری و حافظه را تشکیل میدهد.
فعالیت مغز و رفتار یک حیوان به سرعت در پاسخ به تغییرات فضایی سازگار می شود
این مطالعه توسط موسسه پزشکی هاوارد هیوز، بنیاد کالن و موسسه تحقیقات عصبی جان و دان دانکن در بیمارستان کودکان تگزاس تامین شده است.
در مرحله بعدی، او پاداش را در یک مکان خاص در مسیر همراه با چند نشانه بصری برای جهت دهی موش ها ثابت کرد و فعالیت همان گروه از نورون ها را اندازه گیری کرد.
برای شناسایی مکانیسمی که زیربنای ظرفیت مغز پستانداران برای یادگیری تطبیقی است، دکتر کریستین گرینبرگر، یکی از همکاران فوق دکتری در آزمایشگاه Magee و نویسنده اصلی این مطالعه، فعالیت گروه خاصی از سلولهای مکانی را که نورونهای تخصصی هیپوکامپ هستند اندازهگیری کرد. ساخت و به روز رسانی “نقشه” از محیط های خارجی. او یک میکروسکوپ قدرتمند را به مغز این موشها متصل کرد و فعالیت این سلولها را در حالی که موشها روی تردمیل خطی میدویدند اندازهگیری کرد.
بیمارستان کودکان تگزاس
یک سوال قدیمی در علوم اعصاب این است که چگونه مغز پستانداران (از جمله مغز ما) با محیط ها، اطلاعات و تجربیات خارجی سازگار می شود. در یک مطالعه تغییر پارادایم منتشر شده در طبیعتمحققان موسسه تحقیقات عصبی جان و دان دانکن (دانکن NRI) در بیمارستان کودکان تگزاس و کالج پزشکی بیلور، مراحل مکانیکی زیربنای نوع جدیدی از شکل پذیری سیناپسی به نام انعطاف پذیری سیناپسی مقیاس زمانی رفتاری (BTSP) را کشف کرده اند. این مطالعه به رهبری دکتر جفری مگی، استاد بیلور، که همچنین یک موسسه پزشکی هاوارد هیوز، و محقق NRI دانکن است، نشان میدهد که چگونه قشر آنتورینال (EC) سیگنالهای آموزندهای را به هیپوکامپ ارسال میکند. ناحیه مغز که برای ناوبری فضایی، رمزگذاری حافظه و تثبیت حیاتی است -؛ و آن را هدایت می کند تا به طور خاص مکان و فعالیت زیرمجموعه خاصی از نورون های خود را برای دستیابی به رفتار تغییر یافته در پاسخ به محیط در حال تغییر و نشانه های فضایی خود سازماندهی مجدد کند.
مرجع مجله:
Grienberger, C & Magee, JC, (2022) قشر انتورینال تغییرات مرتبط با یادگیری را در بازنمایی CA1 هدایت می کند. طبیعت. doi.org/10.1038/s41586-022-05378-6.
با استفاده از الگوی آزمایشی جدید، دکتر گرینبرگر مشاهده کرد که در مرحله دوم، نورون های سلولی که قبلاً ساکت بودند، پس از تعیین مکان پاداش، به طور ناگهانی میدان های مکان بزرگی را در یک دور به دست آوردند. این یافته با شکل غیرهبی شکل پذیری و یادگیری سیناپسی مطابقت دارد. آزمایشهای اضافی تأیید کرد که تغییرات تطبیقی مشاهدهشده در سلولهای مکان هیپوکامپ و در رفتار این موشها در واقع به دلیل BTSP است.
قشر آنتورینال به سلول های محل هیپوکامپ آموزش می دهد که چگونه به تغییرات فضایی واکنش نشان دهند
دکتر مگی گفت: “ما دریافتیم که وقتی به طور خاص زیر مجموعه ای از آکسون های EC را مهار کردیم که نورون های هیپوکامپ CA1 را که از آن ها ضبط می کردیم عصب دهی می کنند، از توسعه بیش از حد پاداش CA1 در مغز جلوگیری کرد.”
دکتر کریستین گرینبرگر، استادیار دانشگاه برندیس
بر اساس چندین خط تحقیقات، آنها به این نتیجه رسیدند که قشر آنتورینال یک سیگنال آموزشی هدف نسبتاً ثابت را ارائه می دهد که هیپوکامپ را برای سازماندهی مجدد مکان و فعالیت سلول های مکان هدایت می کند که به نوبه خود بر رفتار حیوان تأثیر می گذارد.
من دیدم که تغییر مکان پاداش رفتار این حیوانات را تغییر داد. موشها اکنون برای مدت کوتاهی قبل از مکان پاداش، سرعت خود را کاهش دادند تا آب قند را بچشند. و جالب تر اینکه این تغییر رفتار با افزایش تراکم و فعالیت سلول های مکان در اطراف سایت پاداش همراه بود. این نشان داد که تغییرات در نشانه های فضایی می تواند منجر به سازماندهی مجدد و فعالیت نورون های هیپوکامپ شود.
در مرحله اولیه، موشها با این مجموعه آزمایشی سازگار شدند و موقعیت پاداش (آب قند) در هر دور تغییر میکرد. دکتر گرینبرگر که در حال حاضر استادیار دانشگاه براندیس است، گفت: “در این مرحله، موش ها به طور مداوم با همان سرعت می دویدند و به طور مداوم مسیر را می لیسیدند. این به این معنی بود که سلول های مکان در این موش ها یک الگوی کاشی کاری یکنواخت را تشکیل می دادند.”
دکتر مگی افزود: «کشف اینکه یک قسمت از مغز (کمپلکس انتورینال) میتواند ناحیه دیگری از مغز (هیپوکامپ) را برای تغییر مکان و فعالیت نورونهای آن (سلولهای مکان) هدایت کند، یک یافته فوقالعاده در علوم اعصاب است. “این به طور کامل دیدگاه ما را در مورد چگونگی رخ دادن تغییرات وابسته به یادگیری در مغز تغییر میدهد و حوزههای جدیدی از احتمالات را نشان میدهد که نحوه برخورد ما با اختلالات عصبی و عصبی را در آینده تغییر داده و راهنمایی میکند.”
بر اساس مطالعات قبلی خود، تیم Magee میدانست که BTSP شامل یک سیگنال آموزشی/نظارتی است که لزوماً در داخل یا در مجاورت نورونهای هدف (در این مورد، سلولهای مکان هیپوکامپ) که فعال میشوند قرار نمیگیرد. برای شناسایی منشا این سیگنال آموزنده، آنها برآمدگیهای آکسونی را از ناحیه مغز نزدیک به نام قشر انتورینال (EC) مطالعه کردند که هیپوکامپ را عصب میکند و به عنوان دروازهای بین هیپوکامپ و نواحی نئوکورتیکال عمل میکند که مدیریت/تصمیمگیری بالاتر را کنترل میکند. فرآیندها
این الگوی تجربی به محققان این امکان را داد تا بررسی کنند که چگونه تغییرات در نشانه های فضایی مغز پستانداران را برای برانگیختن رفتارهای سازگارانه جدید شکل می دهد.