Неврологи из Колумбийского университета показали, что одна область мозга, известная обработкой основной сенсорной информации, также может управлять сложными факторами умственной деятельности. Новое исследование с участием мышей показало, что клетки в соматосенсорной коре – области мозга, ответственной за прикосновение, также играют ключевую роль в обучении зависимости действие – вознаграждение. Это продвинутый тип обучения, который позволяет мозгу связать действие с приятным результатом. Это также основа мышления, в котором мы объединяем нашу работу в офисе с зарплата и высокая оценка с обучением при подготовке к тесту.
Логика мозга
Недавнее исследование, недавно опубликованное в Cell Reports, свидетельствует о том, что обучение и память не связаны с несколькими выбранными областями, но могут проникать во весь мозг.
"Наши мозги являются мастерами в создании связей и ассоциаций между, казалось бы, различной информацией, но мы до сих пор не знали, где эти связи сформировались”, - сказал д-р Рэнди Бруно, ведущий исследователь Института поведения мозга Мортимера Б. Цукермана и старший автор статьи. "Благодаря этим исследованиям мы не только стали очевидцами образования этих соединений на уровне отдельных клеток мозга, но и продемонстрировали, что тип обучения на основе действие-вознаграждение происходит в области мозга, которая до сих пор не считалась способной к этому.”
Сложная сеть в голове
Большинство клеток просто состоят из тела клетки. Однако нейроны имеют более сложную форму, имеют ветви, торчащие наружу от сомы. Эти древесные ветви, называемые дендритами, могут простираться от одной клетки через тысячи других, объединяя и посылая электрические импульсы дендритам из соседних нейронов.
Организация и расположение дендритов особенно интригуют в соматосенсорной коре головного мозга. Он содержит шесть отличительных слоев, немного похож на многоуровневый торт. Каждый слой выглядит немного по-другому.
"Нейроны в соматосенсорной коре расположены глубоко, в пятых или шестых слоях, но их дендриты достигают высоких высот", - говорит д-р Бруно, который также является профессором неврологии в Колумбийском колледже врачей и хирургов Вагелоса. "Результатом этого является сложная сеть дендритов, заполняющих верхний слой сенсорно-соматической коры, как полог густого леса.”
Ход эксперимента
Чтобы контролировать активность в этих дендритах, исследователи обучили мышей выполнять простую сенсорную задачу. Мыши использовали свои усы, чтобы почувствовать присутствие небольшого столба в затемненной комнате. Найдя столб, животные сдвинули рычаг, который выпустил воду в качестве награды.
"Поскольку эта задача была связана с ощущением прикосновения животных, мы ожидали, что дендриты в соматосенсорной коре будут стрелять, когда вибриссы коснутся столба – что они и сделали”, - сказал д-р Бруно. "Но во второй части задания, когда животное получило награду за воду, те же дендриты выстрелили во второй раз – чего мы не ожидали.”
Что из этого следует?
Этот результат, который напрямую связывает функцию сенсорных дендритов с вознаграждением науки, был разрушительным. Обучение за вознаграждение-это процесс, в котором мозг связывает последовательность действий с ощущением благополучия. Поэтому очень вероятно, что наша нервная система повторит эти действия. Десятилетия исследований показали, что обучение с перспективой вознаграждения направляется различными областями мозга, но до сих пор мало внимания уделялось сенсорной коре.
Вместо этого считалось, что сенсорная кора только передает основную информацию о внешнем стимуле, таком как усы, касающиеся полюса. Такая информация передается в ассоциативную кору, которая собирает и упорядочивает информацию для дальнейшей обработки в лобной коре, одной из самых продвинутых областей мозга.
"Наши результаты показывают, что мозг начинает изучать сложные ассоциации раньше, чем считалось ранее”, - сказал д-р Бруно.
Действительно, когда исследователи удалили столб, у животных, которые были обучены этой задаче, был еще один сюрприз. Дендриты животных продолжали "стрелять", когда им давали воду. Напротив, вода не влияла на активность нейронов у животных, которые никогда не изучали эту задачу. Это показывает, что эта связь активности с реакцией была приобретена в этой задаче.
Преимущества для мозга
Что касается того, почему мозг мог развиваться, чтобы использовать, казалось бы, простые клетки мозга для обучения, д-р Бруно считает, что это может быть эволюционный метод мозга, чтобы выжить.
"Простые ассоциации можно узнать быстрее и точнее, если первичные сенсорные области сразу выполняют часть работы”, – сказал д-р Бруно. "Например, изучение того, что знаки Стоп красные и имеют четкую форму, позволяет начать торможение задолго до того, как вы прочитаете слово СТОП. Это способность, которая помогает нам выжить.”
Что дальше?
Один из ключевых вопросов, на которые еще нет ответа, заключается в том, является ли химическая (а не просто электрическая) нейротрансмиттер в соматосенсорной коре за ощущением благополучия, которое приходит с вознаграждением.
"Химическое соединение, называемое допамином, является основным фактором, стимулирующим изучение взаимосвязи действие-вознаграждение в других областях мозга. Однако самого дофамина практически нет в соматосенсорной коре”, – сказал доктор Бруно. "Во время этого процесса должен работать другой, сопоставимый нейромодулятор, и это то, что мы сейчас интенсивно изучаем.”