Uusi hiirillä tehty tutkimus osoittaa, että aivokuoren neuronien plastisuus mahdollistaa erityiset reaktiot palkkioihin liittyviin ärsykkeisiin ja edistää muistin joustavuutta.
Sisällysluettelo
Tuore tutkimus paljastaa tärkeän synaptisen plastisuuden mekanismin oppimisen aikana ja osoittaa, kuinka tietyt interneuronit muuttavat estotoimintaa vain, jos ärsyke ennustaa palkkion. Tutkimus on julkaistu Cell Reports -lehdessä ja se on tehty eläinmalleilla.
Tämä löytö on antanut uuden näkökulman aivojen sopeutumiseen ja uusien käyttäytymismuotojen oppimiseen.
SST-neuronien rooli oppimisessa
Tutkijaryhmä, jota johtivat Yunsol Park ja Alison L. Bart Carnegie-Mellon-yliopistosta, osoitti, että somatostatiinergiset (SST) neuronit aivokuoressa vähentävät estävää vaikutustaan pyramidin neuronien toimintaan vain silloin, kun ärsyke ennakoi palkkion.
Tällainen sopeutuminen tapahtuu vain, jos on olemassa selvä säännönmukaisuus, joka osoittaa, että aivot reagoivat spesifisesti oppimiseen liittyviin ärsykkeisiin.
Kokeessa hiirten tuli yhdistää ilmavirta viiksissään veden syöttämiseen. Automaattisen järjestelmän avulla eläimet oppivat ennakoimaan palkkion ja ilmaisivat tämän prosessin lisäämällä nuolemisen tiheyttä ärsykkeen jälkeen.
Tämän mallin avulla voimme havaita synaptisia muutoksia SST-neuroneissa assosiatiivisen oppimisen varhaisissa vaiheissa.
Aistivaiheen aivokuoressa havaittu spesifinen eston heikkeneminen
SST-neuronien eston heikkeneminen aistivaiheen aivokuoressa oli silmiinpistävää: jo vuorokauden kuluttua havaittiin estovirtojen amplitudin heikkeneminen pinnallisissa pyramidisissa neuroneissa noin 40 % verrattuna kontrollieläimiin.
Tämä vaikutus oli spesifinen: sitä ei havaittu syvien kerrosten pyramidisissa neuroneissa tai muissa interneuronityypeissä, kuten parvalbumiinia ilmentävissä neuroneissa.
Stimulus-palkkio-mekanismin merkitys tuli selväksi, kun palkkio annettiin arvaamattomasti. Tässä yhteydessä SST-neuronien jarrutuksen heikkenemistä ei havaittu, mikä osoittaa, että aivot erottavat merkityksellisen ja merkityksettömän tiedon ja korjaavat reaktionsa vain käyttäytymiselle merkitykselliseen oppimiseen.
Estojen poistaminen itsenäisenä mekanismina
Toinen tärkeä tutkimuksen näkökohta, jota Cell Reports korostaa, on se, että SST-neuronien aktiivisuuden kemiallinen estäminen riitti jäljittelemään oppimisen aikana havaittua estojen vähenemistä jopa ilman oppimista.
Käyttämällä kemogeenisiä menetelmiä geneettisesti muunnelluilla hiirillä tutkijat pystyivät vähentämään estävää signaalia pinnallisiin pyramidin hermosoluihin, mikä vahvisti, että SST:n toiminnan modulointi on itsenäinen mekanismi aivokuoren plastisuudessa .
Synaptinen analyysi paljasti sekä pre- että postsynaptisia muutoksia: kvanttitapahtumien amplitudi ja taajuus vähenivät, samoin kuin aksonaalisten uurteiden koko SST-neuroneissa pintakerroksissa. Nämä muutokset eivät vaikuttaneet muihin kerroksiin tai muihin interneuronien alatyyppeihin, mikä viittaa estävän plastisuuden korkeaan tarkkuuteen.
Seuraukset, rajoitukset ja uudet kysymykset
Huolimatta SST:n eston vähentämisen tärkeydestä, se ei osoittautunut riittäviksi käyttäytymisen oppimisen nopeuttamiseksi . Kemiallisesti SST:tä estettyjä hiiriä ei oppinut assosiaatiota nopeammin kuin verrokkiryhmän hiiriä, mikä viittaa siihen, että eston poistaminen on ensimmäinen ja välttämätön, mutta ei ainoa vaihe aivokuoren uudelleenorganisoinnissa.
Kirjoittajien mukaan SST:n välittämä inhibitorinen plastisuus voi mahdollistaa pyramidin hermosolujen joustavamman reagoinnin muistien muodostumiseen liittyviin ärsykkeisiin. Tämä mekanismi ei ainoastaan laajenna perustietämystämme muistista ja oppimisesta, vaan tarjoaa myös uusia hoitostrategioita neurologisille häiriöille, joissa synaptinen plastisuus on häiriintynyt.
Tutkimuksen rajoituksena on tunnustettu vaikeus määrittää tarkasti synaptisesta masennuksesta vastuussa olevien SST-neuronien alatyyppi, koska nämä interneuronit ovat hyvin erilaisia.
Lisäksi keskittymällä yksinkertaiseen assosiatiiviseen oppimiseen voimme tutkia, tapahtuuko samanlaisia prosesseja monimutkaisemmissa konteksteissa tai muilla aivojen alueilla .
Nämä tulokset osoittavat, että vastaavat ärsykkeet muuttavat aktiivisesti SST-neuronien reaktiota ja aiheuttavat niiden synaptisten lähtöjen pitkäaikaisen masennuksen.
Tämä mekanismi on avainvaihe aivojen kyvyssä mukauttaa kontuurinsa kokemuksiin, mikä mahdollistaa uuden oppimisen ja käyttäytymisen.
