Nöronal Ritimler Etki Belleği
Beyin, uyaranlara yanıt olarak sinapslarının gücündeki (nöronlar arasındaki bağlantılar) değişiklikler yoluyla öğrenir. UCLA nörofizikçileri, beyin öğrenme mekanizmalarındaki geleneksel bilgeliğe meydan okuyan bir keşifte, sinaptik gücü değiştirmek için optimal bir beyin “ritmi” veya frekansı olduğunu keşfettiler.
Ve bir radyo kadranındaki istasyonlar gibi, her sinaps, öğrenme için farklı bir optimal frekansa ayarlanmıştır.
Araştırmacılar, bulguların beyindeki öğrenmenin altında yatan mekanizmaların birleşik bir teorisine yol açabileceğine inanıyor - öğrenme güçlüklerini tedavi etmek için yeni terapilere yol açabilecek bir keşif.
Çalışma derginin güncel sayısında yer almaktadır Hesaplamalı Sinirbilimde Sınırlar.
Gazetenin kıdemli yazarı Mayank R. Mehta, "Pek çok insanın öğrenme ve hafıza bozuklukları var ve bu grubun dışında çoğumuz Einstein veya Mozart değiliz" dedi. "Çalışmamız, öğrenme ve hafıza ile ilgili bazı sorunların sinapsların doğru frekansa ayarlanmamasından kaynaklandığını gösteriyor."
Sinaptik plastisite olarak bilinen uyaranlara yanıt olarak bir sinapsın gücündeki bir değişiklik, değişen frekans ve zamanlamayla meydana gelen "sivri uçlu trenler" denilen nöral sinyaller yoluyla indüklenir.
Önceki deneyler, plastisiteyi indüklemek için çok yüksek frekans aralığında yüzlerce ardışık sivri uç kullandı. Bununla birlikte, nöronlar birkaç yüz değil, sadece 10 ardışık sivri ateşlediğinden, beyin gerçek hayattaki davranışsal görevler sırasında aktif hale geldiğinde durum böyle değildir. Ve bunu çok daha düşük bir frekansta yaparlar - tipik olarak saniyede 50 ani artış aralığında.
Şimdiye kadar, araştırmacılar daha doğal olarak oluşan seviyeleri simüle eden deneyler yapamıyorlardı.
Yeni çalışmada Mehta ve ortak yazar Arvind Kumar, Ph.D., geliştirdikleri ve deneysel verilerle doğruladıkları sofistike bir matematiksel modeli kullanarak bu ölçümleri ilk kez elde edebildiler.
Mehta ve Kumar, daha önce varsayıldığının aksine, doğal olarak oluşan sivri uçlu sinapsları uyarmak söz konusu olduğunda, nöronları en yüksek frekanslarda uyarmanın sinaptik gücü artırmanın en iyi yolu olmadığını buldular.
"Şaşırtıcı bir şekilde, optimum frekansın ötesinde, frekanslar yükseldikçe sinaptik güçlenmenin gerçekte azaldığını gördük."
Bir sinapsın maksimal öğrenme için tercih edilen bir frekansa sahip olduğu bilgisi, araştırmacıları sinapsın bir nöron üzerindeki konumuna göre optimal frekansları karşılaştırmaya yönlendirdi.
Nöronlar ağaç şeklindedir, çekirdek ağacın tabanı, dendritler geniş dalları andırır ve bu dallardaki yapraklara benzeyen sinapslar.
Mehta ve Kumar, sinapsların dendritik dallarda nerede bulunduğuna bağlı olarak sinaptik öğrenmeyi karşılaştırdıklarında, buldukları şey önemliydi: Sinaptik öğrenmeyi başlatmak için en uygun frekans, sinapsın bulunduğu yere bağlı olarak değişti. Sinaps, nöronun hücre gövdesinden ne kadar uzaksa, optimal frekansı o kadar yüksek oluyordu.
Mehta, "İnanılmaz bir şekilde, öğrenme söz konusu olduğunda, nöron, maksimum öğrenme için farklı frekanslara ayarlanmış farklı dendrit dalları ile dev bir anten gibi davranıyor" dedi.
Araştırmacılar, her bir sinapsın yalnızca optimal öğrenmeyi sağlamak için tercih edilen bir frekansa sahip olmadığını, aynı zamanda en iyi etki için, frekansın mükemmel ritmik olması gerektiğini - tam aralıklarla zamanlanmış olması gerektiğini keşfettiler. En uygun frekansta bile, ritim bozulursa, sinaptik öğrenme büyük ölçüde azaldı.
Araştırmaları ayrıca, bir sinaps öğrendikten sonra optimal frekansının değiştiğini de gösterdi. Başka bir deyişle, henüz hiçbir şey öğrenmemiş olan naif bir sinaps için en uygun frekans, örneğin, öğrendikten sonra saniyede 30 ani artış ise, aynı sinaps daha düşük bir frekansta, örneğin saniyede 24 ani en iyi şekilde öğrenecektir. . Böylece, öğrenmenin kendisi bir sinaps için en uygun frekansı değiştirir.
Araştırmacılar, bu öğrenme kaynaklı "uyumsuzluk" sürecinin travma sonrası stres bozukluğu gibi unutmayla ilgili bozuklukların tedavisi için önemli çıkarımlara sahip olduğunu söyledi.
Çok daha fazla araştırmaya ihtiyaç duyulmasına rağmen, bulgular, öğrenme veya hafıza bozuklukları olan insanların beyin ritimlerini "yeniden ayarlamak" için ilaçların geliştirilebileceğini veya çoğumuzun optimal beyin ritmi verildiğinde Einstein veya Mozart olabileceğimiz olasılığını artırıyor. her sinaps için.
Mehta, "Beyin ritmini değiştirebilecek ilaçlar ve elektriksel uyaranların olduğunu zaten biliyoruz" dedi. "Bulgularımız, öğrenmeyi geliştirmek için hedeflenen bağlantılara en uygun beyin ritmini sağlamak için bu araçları kullanabileceğimizi gösteriyor."
Kaynak: UCLA
