Celulele cerebrale se reorganizează pentru a controla timpii mișcărilor motorii
Atunci când vorbim, conducem sau cântăm la un instrument, aproape tot ceea ce facem necesită un control precis asupra temporizării acțiunilor noastre.
Cercetătorii de la MPFI au identificat celulele cerebrale specifice care se reorganizează pentru a învăța temporizarea mișcărilor. Deși aproape toate celulele cerebrale pot suferi modificări, această cercetare arată că ele nu sunt redundante. Fiecare dintre ele are roluri specifice în modelarea creierului în timpul procesului de învățare.
În cadrul studiului recent publicat în Nature Communications, cercetătorii Shouvik Majumder și Hidehiko Inagaki au avut ca principală motivație înțelegerea neuronilor care se reorganizează și rolul acestora în învățare. Totuși, metodele tradiționale de studiere a învățării nu ofereau aceste informații.
„Aveam cunoștințe bune despre cum se schimbă activitatea cerebrală în timpul învățării pentru a modela temporizarea mișcărilor, dar pentru a înțelege cum învață creierul, aveam nevoie de o modalitate de a testa cum reorganizarea neuronilor specifici schimbă activitatea cerebrală și comportamentul”, a declarat Shouvik Majumder.
În cadrul acestui studiu, echipa a analizat șoareci care învățau să își schimbe temporizarea mișcărilor. Aceștia au fost antrenați să aștepte din ce în ce mai mult timp după un ton înainte de a obține o recompensă. Pe măsură ce șoarecii învățau, cercetătorii au înregistrat activitatea electrică a mii de neuroni din cortexul premotor, o zonă a creierului responsabilă cu temporizarea mișcărilor. Au observat că, pe măsură ce șoarecii învățau să întârzie mișcarea, modelele de activitate cerebrală din această zonă se schimbau.
Întrebarea crucială a fost dacă reorganizarea anumitor neuroni influența aceste schimbări. Dacă da, fiecare neuron contribuia în același mod la aceste modele sau diferitele tipuri de neuroni aveau roluri distincte?
Pentru a răspunde la aceste întrebări, cercetătorii au utilizat instrumente pentru a opri mecanismele de reorganizare în neuroni specifici în timpul învățării. În același timp, au înregistrat modelele de activitate din această zonă și au monitorizat comportamentul șoarecelui. Această abordare le-a permis să coreleze reorganizarea în tipuri specifice de celule cu modificările în modelele de activitate cerebrală care mediază învățarea, o legătură care fusese anterior dificil de stabilit direct.
Deși reorganizarea sinaptică este posibilă în toate tipurile de celule, echipa a descoperit că aceasta nu este interschimbabilă. Oprirea mecanismului de reorganizare într-o clasă de neuroni, numită neuroni piramidali (PT), a oprit complet învățarea, în timp ce blocarea aceluiași mecanism într-un alt tip mai abundent, numit neuroni intratelencefali (IT), nu a avut același efect. În plus, reorganizarea în două subgrupuri distincte de neuroni PT a jucat roluri complementare în ajustarea temporizării motorii în timpul învățării.
„Am descoperit că, deși plasticitatea în creier este răspândită, aceasta nu este redundantă. Plasticitatea în tipuri specifice de celule joacă roluri precise care sunt necesare pentru modelarea activității neuronale și pentru a duce la schimbări în comportament”, a explicat Hidehiko Inagaki.
Echipa își propune acum să aplice această abordare pentru a studia alte aspecte ale învățării motorii. Ei speră că munca lor va oferi un model pentru alți cercetători care studiază învățarea, ajutând la explicarea modului în care reorganizarea în tipuri specifice de celule coordonează diverse tipuri de învățare. Cu cercetări suplimentare, oamenii de știință ar putea fi capabili să identifice deficite în tipuri specifice de celule neuronale.
