Дослідження віртуальної реальності на мишах дає нові підказки про пам’ять

Новий метод дослідження, який включає віртуальну реальність та візуалізацію мозку, використовується для вивчення того, як мозок формує короткочасні спогади, що використовуються при прийнятті рішень.

Дослідники Принстонського університету вивчали щурів під час ведення віртуального лабіринту. Слідуючи мозковій діяльності мишей, вони виявили послідовні закономірності активності нейронів, коли мозок зберігає пам'ять.

Попереднє дослідження було зосереджене на ідеї, що популяції нейронів стріляють разом із схожими схемами один одного протягом періоду пам'яті.

Результати висвітлюють, що відбувається в мозку під час «робочої пам’яті», коли розум зберігає інформацію протягом коротких періодів часу, перш ніж діяти на неї або інтегрувати її з іншою інформацією.

Робоча пам’ять є центральним компонентом міркувань, розуміння та навчання. Вважається, що деякі порушення мозку, такі як шизофренія, спричиняють дефіцит робочої пам’яті.

«Дослідження, подібні до цього, спрямовані на розуміння основних принципів нервової діяльності під час роботи пам’яті в нормальному мозку. Однак ця робота може в майбутньому допомогти дослідникам зрозуміти, як діяльність може змінюватися при розладах мозку, що спричиняє дефіцит робочої пам’яті », - сказав дослідник Девід Танк, доктор філософії.

У дослідженні моделі послідовного вистрілення нейронів відповідали тому, чи повернеться миша ліворуч або праворуч, рухаючись лабіринтом у пошуках винагороди. Принстонські дослідники виявили, що різні моделі відповідають різним рішенням мишей.

Послідовні схеми стрільби нейронами охоплювали приблизно 10 секунд, протягом яких миша сформувала пам’ять, зберегла її та прийняла рішення щодо того, яким шляхом звернутись. Протягом цього періоду спостерігалось, що окремі підмножини нейронів стріляли послідовно.

Дослідники кажуть, що висновки контрастують із багатьма існуючими моделями того, як мозок зберігає спогади та приймає рішення.

Унікальність послідовностей лівого та правого поворотів означало, що експерименти з візуалізації мозку фактично дозволили дослідникам виконати просту форму «читання думок». Зображуючи та досліджуючи діяльність мозку на початку бігу миші по лабіринту, дослідники могли ідентифікувати послідовність нервової активності, що виробляється, і могли надійно передбачити, в який бік миша повинна повернути за кілька секунд до того, як насправді почався поворот.

Виявлені в новому дослідженні послідовності нервової діяльності відбуваються в частині мозку, яка називається задньою тім’яною корою. Попередні дослідження на мавпах та людях вказують на те, що задня тім’яна кора є частиною мозку, яка важлива для планування руху, просторової уваги та прийняття рішень.

Нове дослідження першим проаналізувало його на миші. "Ми сподіваємось, що, використовуючи мишу як модельну систему, ми зможемо використовувати потужні генетичні підходи для розуміння механізмів складних когнітивних процесів", - сказав співавтор Крістофер Харві, доктор філософії.

Унікальним аспектом цього дослідження було використання віртуальної реальності для створення лабіринту, а не традиційного фізичного лабіринту. Цей підхід розроблявся в лабораторії Танк протягом останніх кількох років.

Миші ходили і бігали по поверхні сферичної бігової доріжки, а їх голова залишалася нерухомою в просторі, що ідеально підходить для візуалізації мозку. Комп'ютерно подані віртуальні середовища проектуються на ширококутний екран, що оточує бігову доріжку. Рух сфери, що утворюється при ходьбі та повороті миші, виявлявся оптичними датчиками на екваторі кулі і використовувався для зміни візуального дисплея для імітації руху через віртуальне середовище.

Щоб зобразити мозок, дослідники застосували оптичний мікроскоп, який використовував інфрачервоне лазерне світло, щоб заглянути глибоко під поверхню, щоб візуалізувати популяцію нейронів і записати їх стрільбу.

Система віртуальної реальності в поєднанні з системою візуалізації та датчиком кальцію дозволила дослідникам побачити популяції окремих нейронів, що спрацьовують у працюючому мозку. "Це ніби ми відкриваємо комп'ютер і заглядаємо всередині всіх сигналів, щоб зрозуміти, як це працює", - сказав Танк.

Дослідники визнають, що дослідження популяцій окремих нейронів, що називаються вимірами клітинної роздільної здатності, є складним завданням, оскільки мозок містить мільярди нейронів, щільно упакованих між собою.

Прилади, розроблені лабораторією Танка, є одними з небагатьох, які можуть реєструвати випалювання груп окремих нейронів у мозку, коли суб'єкт не спить. Більшість досліджень функцій мозку у людей передбачають вивчення активності в цілих регіонах мозку за допомогою такого інструменту, як магнітно-резонансна томографія (МРТ), що в середньому оцінює активність багатьох тисяч нейронів.

"Дані досить чітко показують, що принаймні якась форма короткочасної пам'яті базується на послідовності нейронів, що передають інформацію від одного до іншого, свого роду" бригади нейронних відрів ", - сказав Крістоф Кох, невролог, який був не брав участі у дослідженні.

Дослідження було опубліковано в Інтернеті в журналі Природа.

Джерело: Принстонський університет