Изследването на виртуалната реалност на мишки дава нови улики за паметта

Нов метод за изследване, който включва виртуална реалност и изображения на мозъка, се използва, за да научи как мозъкът формира краткосрочни спомени, използвани при вземането на решения.

Изследователите от университета в Принстън изследвали плъхове, докато преговаряли за виртуален лабиринт. Следвайки мозъчната активност на мишките, те откриват последователни модели на невронна активност, когато мозъкът държи памет.

Предишни изследвания се съсредоточиха върху идеята, че популациите от неврони се стрелят заедно със сходни модели помежду си по време на периода на паметта.

Констатациите осветяват какво се случва в мозъка по време на „работеща памет“, когато умът съхранява информация за кратки периоди от време, преди да действа върху нея или да я интегрира с друга информация.

Работната памет е централен компонент на разсъжденията, разбирането и ученето. Счита се, че някои мозъчни нарушения като шизофрения включват дефицит в работната памет.

„Изследвания като това са насочени към разбиране на основните принципи на нервната активност по време на работеща памет в нормалния мозък. Работата обаче може в бъдеще да помогне на изследователите да разберат как активността може да бъде променена при мозъчни разстройства, които включват дефицит в работната памет “, каза изследователят Дейвид Танк, д-р.

В проучването моделите на последователно изстрелване на неврони съответстват на това дали мишката ще се обърне наляво или надясно, докато се движи в лабиринт в търсене на награда. Различните модели отговарят на различни решения, взети от мишките, установиха изследователите от Принстън.

Последователните модели на изстрелване на невроните обхващаха приблизително 10 секунди, необходими на мишката да формира памет, да я съхрани и да вземе решение по какъв начин да се обърне. През този период бяха наблюдавани отделни подмножества от неврони, които стрелят последователно.

Изследователите казват, че откритията са в контраст с много съществуващи модели за това как мозъкът съхранява спомени и взема решения.

Уникалността на последователностите на ляв завой и надясно означава, че експериментите за изобразяване на мозъка по същество позволяват на изследователите да извършат проста форма на „четене на мисли“. Чрез изобразяване и изследване на мозъчната активност в началото на бягането на мишката по лабиринта, изследователите биха могли да идентифицират произвежданата последователност на невронната активност и да могат надеждно да предскажат по какъв начин мишката ще се обърне няколко секунди преди реално да започне завойът.

Последователностите на невронната активност, открити в новото проучване, се провеждат в част от мозъка, наречена задната париетална кора. Предишни проучвания при маймуни и хора показват, че задната теменна кора е част от мозъка, която е важна за планирането на движението, пространственото внимание и вземането на решения.

Новото изследване е първото, което го анализира в мишката. „Надяваме се, че като използваме мишката като наша система за модели, ще успеем да използваме мощни генетични подходи, за да разберем механизмите на сложните когнитивни процеси“, каза съавторът д-р Кристофър Харви.

Уникален аспект на това проучване е използването на виртуална реалност за създаване на лабиринт, а не на традиционен физически лабиринт. Този подход се разработва в лабораторията Tank през последните няколко години.

Мишките ходеха и тичаха по повърхността на сферична бягаща пътека, докато главата им остава неподвижна в пространството, което е идеално за изображения на мозъка. Компютърно генерирани изгледи на виртуална среда се прожектираха върху широкоъгълен екран около бягащата пътека. Движението на сферата, произведено от ходене и завъртане на мишката, се открива от оптичните сензори на екватора на топката и се използва за промяна на визуалния дисплей, за да се симулира движение през виртуална среда.

За да изобразят мозъка, изследователите използват оптичен микроскоп, който използва инфрачервена лазерна светлина, за да погледне дълбоко под повърхността, за да визуализира популация от неврони и да запише тяхното изстрелване.

Системата за виртуална реалност, комбинирана със системата за изображения и калциев сензор, позволи на изследователите да видят популации от отделни неврони, изстрелващи се в работещия мозък. „Все едно отваряме компютър и разглеждаме вътре всички сигнали, за да разберем как работи“, каза Танк.

Изследователите признават, че изследванията на популации от отделни неврони, наречени измервания на клетъчна разделителна способност, са предизвикателни, тъй като мозъкът съдържа милиарди неврони, плътно опаковани заедно.

Инструментариумът, разработен от лабораторията Tank, е един от малкото, които могат да регистрират изстрелването на групи отделни неврони в мозъка, когато субектът е буден. Повечето изследвания на мозъчната функция при хора включват изследване на активността в цели региони на мозъка с помощта на инструмент като ядрено-магнитен резонанс (ЯМР), който уредява заедно активността на много хиляди неврони.

„Данните разкриват съвсем ясно, че поне някаква форма на краткосрочна памет се основава на поредица от неврони, предаващи информацията от един на друг, нещо като„ бригада от невронални кофи “, казва Кристоф Кох, невролог, който е не участва в проучването.

Изследването е публикувано онлайн в списанието Природата.

Източник: Принстънския университет