Jak działa wewnętrzny kompas mózgu?

streszczenie: Odkrycia rzucają nowe światło na to, jak mózg orientuje się w zmieniającym się środowisku i jak normalne procesy nawigacyjne mogą zostać osłabione w wyniku choroby Alzheimera.

źródło: Uniwersytet McGill

Naukowcy zdobyli nowy wgląd w część mózgu, która daje nam poczucie kierunku, śledząc aktywność neuronów za pomocą najnowszych osiągnięć w technologiach obrazowania mózgu.

Odkrycia rzucają światło na to, jak mózg orientuje się w zmieniających się środowiskach – a nawet na procesy, które mogą pójść nie tak w przypadku chorób zwyrodnieniowych, takich jak demencja, które powodują, że ludzie czują się zagubieni i zdezorientowani.

„Badania neuronaukowe przeszły rewolucję technologiczną w ostatniej dekadzie, pozwalając nam zadawać pytania i odpowiadać na nie, o których mogliśmy tylko pomarzyć zaledwie kilka lat temu” – mówi Mark Brandon, profesor nadzwyczajny psychiatrii na Uniwersytecie McGill i badacz w Douglas Research Centrum. który współkierował badaniami z Zaki Ajabi, byłym studentem McGill University, a obecnie pracownikiem naukowym z tytułem doktora na Uniwersytecie Harvarda.

Czytaj wewnętrzny kompas mózgu

Aby zrozumieć, w jaki sposób informacje wizualne wpływają na wewnętrzny kompas mózgu, naukowcy wystawili myszy na destrukcyjny wirtualny świat, jednocześnie rejestrując aktywność neuronową mózgu.

Zespół zarejestrował wewnętrzny kompas mózgu z niespotykaną dokładnością, wykorzystując najnowsze osiągnięcia w technologii rejestracji neuronowej.

Ta zdolność do rozszyfrowania wewnętrznej orientacji głowy zwierzęcia pozwoliła naukowcom zbadać, w jaki sposób komórki orientacji głowy, które tworzą wewnętrzny kompas mózgu, wspierają zdolność mózgu do zmiany orientacji w zmieniającym się otoczeniu.

W szczególności zespół badawczy zidentyfikował zjawisko, które nazwali „nabywaniem sieci”, które umożliwiło zmianę orientacji wewnętrznego kompasu mózgu po dezorientacji myszy.

„To tak, jakby mózg miał mechanizm implementujący„ przycisk resetowania ”, który umożliwia szybką zmianę orientacji wewnętrznego kompasu w niejasnych sytuacjach” – mówi Ajabi.

Chociaż zwierzęta w tym badaniu były poddawane nienaturalnym doświadczeniom wizualnym, autorzy twierdzą, że takie scenariusze są rzeczywiście związane z doświadczeniami współczesnego człowieka, zwłaszcza z szybkim rozprzestrzenianiem się technologii wirtualnej rzeczywistości.

„Wyniki te mogą ostatecznie wyjaśnić, w jaki sposób systemy rzeczywistości wirtualnej mogą tak łatwo kontrolować nasz zmysł orientacji” – dodaje Ajebi.

Odkrycia zainspirowały zespół badawczy do opracowania nowych modeli, aby lepiej zrozumieć podstawowe mechanizmy.

„Ta praca jest pięknym przykładem tego, jak podejście eksperymentalne i obliczeniowe razem mogą pogłębić naszą wiedzę na temat aktywności mózgu, która napędza zachowanie” – mówi współautor Xue-Xin Wei, neuronaukowiec obliczeniowy i adiunkt na University of Texas w Austin.

choroby zwyrodnieniowe;

Odkrycia mają również poważne implikacje dla choroby Alzheimera. „Jednym z pierwszych samopoznawczych objawów choroby Alzheimera jest dezorientacja i zagubienie ludzi, nawet w znajomym otoczeniu” – mówi Brandon.

Naukowcy spodziewają się, że lepsze zrozumienie działania wewnętrznego kompasu i systemu nawigacji w mózgu doprowadzi do wcześniejszego wykrywania i lepszej oceny metod leczenia choroby Alzheimera.

o studiowaniu

Finansowanie: Badania były wspierane przez Radę Badań Nauk Przyrodniczych i Inżynierii Kanady oraz Kanadyjskie Instytuty Badań nad Zdrowiem.

Informacje o tych wiadomościach z badań neurologicznych

autor: Shirley Cardenas
źródło: Uniwersytet McGill
Komunikacja: Shirley Cardenas z Uniwersytetu McGill
zdjęcie: Obraz jest w domenie publicznej

Oryginalne wyszukiwanie: otwarty dostęp.
„Dynamika populacji neuronów orientacji głowy podczas dryfu i reorientacjiMarka Brandona i in. Natura

podsumowanie

Dynamika populacji neuronów orientacji głowy podczas dryfu i reorientacji

System orientacji głowy (HD) służy jako wewnętrzny kompas mózgu, który został klasycznie sformułowany jako jednowymiarowa pętlowa sieć przyciągania. W przeciwieństwie do globalnie spójnego kompasu magnetycznego, system HD nie ma globalnej ramki odniesienia. Zamiast tego opiera się na lokalnych sygnałach, utrzymując stabilną równowagę, gdy sygnały obracają się i dryfują przy braku odniesień.

Jednak pytania dotyczące mechanizmów leżących u podstaw zakotwiczenia i dryfu pozostają nierozwiązane i najlepiej rozwiązywać je na poziomie populacji. Na przykład nie jest jasne, w jakim stopniu jednowymiarowy opis aktywności populacji utrzymuje się w warunkach reorientacji i dryfu.

Tutaj wykonaliśmy zapisy populacji komórek HD wzgórza za pomocą obrazowania wapnia podczas kontrolowanego obracania wizualnego punktu orientacyjnego.

W różnych eksperymentach aktywność populacji zmieniała się wzdłuż drugiego wymiaru, który nazywamy zyskiem sieciowym, szczególnie w warunkach niespójności i niejednoznaczności. Aktywność w tym wymiarze przewidywała dynamikę reorganizacji i dryfu, w tym szybkość reorganizacji sieci.

W ciemności wzmocnienie sieci utrzymywało „ślad pamięciowy” poprzednio wyświetlanego punktu orientacyjnego. Dalsze eksperymenty wykazały, że siatka HD powróciła do swojej pierwotnej orientacji po krótkich, ale nie dłuższych ekspozycjach zaokrąglonego sygnału. Ta zależność od doświadczenia wskazuje, że pamięć przeszłych powiązań między neuronami HD a sygnałami alokacyjnymi jest zachowana i wpływa na wewnętrzną reprezentację HD.

Na podstawie tych wyników pokazujemy, że ciągłe obracanie wizualnego punktu orientacyjnego indukowało obrót reprezentacji HD, która utrzymywała się w ciemności, demonstrując zależną od eksperymentu rekalibrację systemu HD.

Na koniec proponujemy model obliczeniowy, aby sformalizować, w jaki sposób kompas neuronowy elastycznie dostosowuje się do zmieniających się wskazówek środowiskowych, aby zachować wiarygodną reprezentację HD.

Odkrycia te rzucają wyzwanie klasycznym jednowymiarowym interpretacjom systemu HD i zapewniają wgląd w interakcje między tym systemem a sygnałami leżącymi u jego podstaw.