Spomin na vpliv nevronskih ritmov
Možgani se učijo skozi spremembe moči svojih sinaps - povezav med nevroni - kot odziv na dražljaje. Zdaj so pri odkritju, ki izziva konvencionalno modrost o možganskih mehanizmih učenja, nevrofiziki UCLA ugotovili, da obstaja optimalen možganski "ritem" ali frekvenca za spreminjanje sinaptične moči.
Tako kot postaje na radijskem številčnici je tudi vsaka sinapsa nastavljena na drugačno optimalno frekvenco za učenje.
Raziskovalci verjamejo, da lahko ugotovitve vodijo do enotne teorije mehanizmov, na katerih temelji učenje v možganih - odkritje, ki bi lahko privedlo do novih terapij za zdravljenje učnih težav.
Študija je objavljena v aktualni številki revije Frontiers in Computational Neuroscience.
"Veliko ljudi ima motnje v učenju in spominu. Poleg te skupine večina od nas ni Einstein ali Mozart," je povedala Mayank R. Mehta, dr. "Naše delo kaže, da nekatere težave z učenjem in spominom povzročajo sinapse, ki niso nastavljene na pravo frekvenco."
Sprememba moči sinapse kot odziv na dražljaje - znana kot sinaptična plastičnost - je povzročena s tako imenovanimi "spike vlaki", serijo nevronskih signalov, ki se pojavljajo z različno frekvenco in časom.
Predhodni poskusi so uporabili na stotine zaporednih konic v zelo visokofrekvenčnem območju, da bi spodbudili plastičnost. Vendar to ne velja, če se možgani aktivirajo med resničnimi vedenjskimi nalogami, saj nevroni sprožijo le približno 10 zaporednih konic, ne pa več sto. In to počnejo z veliko nižjo frekvenco - običajno v območju 50 konic na sekundo.
Do zdaj raziskovalci niso mogli izvajati poskusov, ki bi simulirali bolj naravne ravni.
V novi študiji sta Mehta in soavtor dr. Arvind Kumar prvič lahko pridobila te meritve s pomočjo izpopolnjenega matematičnega modela, ki sta ga razvila in potrdila z eksperimentalnimi podatki.
V nasprotju s tem, kar smo prej domnevali, sta Mehta in Kumar ugotovila, da stimulacija nevronov z najvišjimi frekvencami ni najboljši način za povečanje sinaptične moči pri spodbujanju sinaps z naravnimi vzorci konic.
"Na naše presenečenje smo ugotovili, da je sinaptična krepitev presegla optimalno frekvenco, ko so frekvence postajale višje."
Znanje, da ima sinapsa prednostno frekvenco za maksimalno učenje, je raziskovalce pripeljalo do primerjave optimalnih frekvenc glede na lokacijo sinapse na nevronu.
Nevroni so oblikovani kot drevesa, pri čemer je jedro osnova drevesa, dendriti so podobni obsežnim vejam, sinapse pa so podobne listom na teh vejah.
Ko sta Mehta in Kumar primerjala sinaptično učenje glede na to, kje so bile sinapse na dendritičnih vejah, je bilo ugotovljeno, da je bilo pomembno: optimalna frekvenca za spodbujanje sinaptičnega učenja se je spreminjala glede na to, kje je sinapsa. Dlje kot je bila sinapsa od telesa nevrona, večja je bila njena optimalna frekvenca.
"Neverjetno, ko gre za učenje, se nevron obnaša kot velikanska antena z različnimi vejami dendritov, nastavljenimi na različne frekvence za maksimalno učenje," je dejal Mehta.
Raziskovalci so ugotovili, da ne samo, da ima vsaka sinapsa prednostno frekvenco za doseganje optimalnega učenja, temveč mora biti frekvenca za najboljši učinek popolnoma ritmično časovno določena v natančnih intervalih. Tudi pri optimalni frekvenci, če je bil ritem zavržen, je bilo sinaptično učenje bistveno zmanjšano.
Njihove raziskave so tudi pokazale, da ko se sinapsa nauči, se njena optimalna frekvenca spremeni. Z drugimi besedami, če bi bila optimalna frekvenca za naivno sinapso - tisto, ki se še ni ničesar naučila -, recimo, 30 konic na sekundo, bi se ta ista sinapsa po učenju optimalno učila pri nižji frekvenci, recimo 24 konic na sekundo . Tako samo učenje spremeni optimalno frekvenco za sinapso.
Ta "uglaševalni" proces, ki ga povzroča učenje, ima pomembne posledice za zdravljenje motenj, povezanih s pozabljanjem, kot je posttravmatska stresna motnja, so povedali raziskovalci.
Čeprav je potrebnih veliko več raziskav, ugotovitve odpirajo možnost, da bi lahko razvili zdravila za "preureditev" možganskih ritmov ljudi z motnjami učenja ali spomina ali da bi lahko veliko več od nas postalo Einstein ali Mozart, če bi bil dosežen optimalen možganski ritem do vsake sinapse.
"Že zdaj vemo, da obstajajo zdravila in električni dražljaji, ki lahko spremenijo možganski ritem," je dejal Mehta. "Naše ugotovitve kažejo, da lahko ta orodja uporabimo za zagotavljanje optimalnega možganskega ritma ciljnim povezavam za izboljšanje učenja."
Vir: UCLA
