Farelerin Sanal Gerçeklik Çalışması Bellek Üzerine Yeni İpuçları Veriyor

Beynin karar vermede kullanılan kısa vadeli anıları nasıl oluşturduğunu öğrenmek için sanal gerçeklik ve beyin görüntülemeyi birleştiren yeni bir araştırma yöntemi kullanılıyor.

Princeton Üniversitesi araştırmacıları, sanal bir labirentte pazarlık yapan fareleri inceledi. Farelerin beyin aktivitesini takip ederek, beyin bir hafıza tutarken sıralı nöron aktivitesi kalıplarını keşfettiler.

Önceki araştırmalar, hafıza döneminde nöron popülasyonlarının birbirine benzer modellerle birlikte ateşlendiği fikrine odaklanmıştı.

Bulgular, beynin bilgiyi harekete geçirmeden veya diğer bilgilerle bütünleştirmeden önce kısa süreler için bilgiyi depoladığı "çalışma belleği" sırasında beyinde neler olduğunu aydınlatır.

Çalışma belleği, akıl yürütme, anlama ve öğrenmenin merkezi bir bileşenidir. Şizofreni gibi bazı beyin bozukluklarının, çalışma belleğindeki eksiklikleri içerdiği düşünülmektedir.

“Bunun gibi çalışmalar, normal beyindeki çalışma belleği sırasında sinirsel aktivitenin temel ilkelerini anlamayı amaçlamaktadır. Bununla birlikte, çalışma hafızada eksiklikleri içeren beyin bozukluklarında aktivitenin nasıl değişebileceğini anlamada araştırmacılara gelecekte yardımcı olabilir, ”dedi araştırmacı David Tank, Ph.D.

Çalışmada, sıralı nöronal ateşleme kalıpları, farenin bir ödül arayışında bir labirentte dolaşırken sola mı yoksa sağa mı döneceğine karşılık geldi. Princeton araştırmacıları, farklı modellerin fareler tarafından alınan farklı kararlara karşılık geldiğini buldu.

Sıralı nöronal ateşleme kalıpları, farenin bir hafıza oluşturması, depolaması ve hangi yöne döneceğine karar vermesi için geçen yaklaşık 10 saniyelik süreyi kapsıyordu. Bu süre boyunca, farklı nöron alt kümelerinin sırayla ateşlendiği gözlemlendi.

Araştırmacılar, bulguların beynin hatıraları nasıl sakladığına ve kararlar aldığına dair mevcut birçok modelle çeliştiğini söylüyor.

Sola dönüş ve sağa dönüş dizilerinin benzersizliği, beyin görüntüleme deneylerinin temelde araştırmacıların basit bir "zihin okuma" biçimi gerçekleştirmesine izin verdiği anlamına geliyordu. Araştırmacılar, farenin labirentten aşağı inişinin başlarında beyin aktivitesini görüntüleyip inceleyerek, üretilen sinirsel aktivite dizisini belirleyebildiler ve dönüş başlamadan birkaç saniye önce farenin hangi yöne döneceğini güvenilir bir şekilde tahmin edebildiler.

Yeni çalışmada keşfedilen sinirsel aktivite sekansları, beynin arka parietal korteks adı verilen bölümünde gerçekleşiyor. Maymunlar ve insanlarda yapılan önceki çalışmalar, arka parietal korteksin beynin hareket planlama, uzamsal dikkat ve karar verme için önemli olan bir parçası olduğunu gösteriyor.

Yeni çalışma, onu farede analiz eden ilk çalışma. Ortak yazar Christopher Harvey, "Model sistemimiz olarak fareyi kullanarak, karmaşık bilişsel süreçlerin mekanizmalarını anlamak için güçlü genetik yaklaşımlardan yararlanabileceğimizi umuyoruz" dedi.

Bu çalışmanın benzersiz bir yönü, geleneksel bir fiziksel labirent yerine bir labirent yaratmak için sanal gerçekliğin kullanılmasıydı. Bu yaklaşım, son birkaç yıldır Tank laboratuvarında geliştirilmektedir.

Fareler, beyin görüntüleme için ideal olan, kafaları uzayda hareketsiz kalırken küresel bir koşu bandının yüzeyinde yürüdü ve koştu. Sanal ortamların bilgisayar tarafından oluşturulan görüntüleri, koşu bandını çevreleyen geniş açılı bir ekrana yansıtıldı. Farenin yürümesi ve dönmesi ile üretilen kürenin hareketi, topun ekvatorundaki optik sensörler tarafından tespit edildi ve sanal bir ortamda hareketi simüle etmek için görsel ekranı değiştirmek için kullanıldı.

Beyni görüntülemek için araştırmacılar, bir nöron popülasyonunu görselleştirmek ve ateşlemelerini kaydetmek için yüzeyin derinliklerine bakmak için kızılötesi lazer ışığını kullanan bir optik mikroskop kullandılar.

Görüntüleme sistemi ve bir kalsiyum sensörü ile birleştirilen sanal gerçeklik sistemi, araştırmacıların çalışan beyinde ateşlenen bireysel nöron popülasyonlarını görmelerine izin verdi. Tank, "Bir bilgisayarı açıyor ve nasıl çalıştığını anlamak için tüm sinyallere içeriye bakıyoruz" dedi.

Araştırmacılar, hücresel çözünürlük ölçümleri olarak adlandırılan bireysel nöron popülasyonları üzerine yapılan çalışmaların zor olduğunu kabul ediyorlar çünkü beyin birbirine sıkıca sarılmış milyarlarca nöron içeriyor.

Tank laboratuvarı tarafından geliştirilen enstrümantasyon, bir özne uyanıkken beyindeki bireysel nöron gruplarının ateşlenmesini kaydedebilen birkaç cihazdan biridir. İnsanlarda beyin işlevi üzerine yapılan çoğu çalışma, binlerce nöronun aktivitesini birlikte ortalayan manyetik rezonans görüntüleme (MRI) gibi bir araç kullanarak beynin tüm bölgelerindeki aktiviteyi incelemeyi içerir.

Bir sinirbilimci olan Christof Koch, "Veriler, en azından bir tür kısa süreli belleğin, bilgiyi birinden diğerine aktaran bir nöron dizisine, bir tür 'nöronal kova tugayına' dayandığını oldukça açık bir şekilde ortaya koymaktadır. çalışmaya dahil değil.

Çalışma dergide çevrimiçi olarak yayınlandı Doğa.

Kaynak: Princeton Üniversitesi