Невронални ритми Въздействие на паметта

Провокативно ново изследване предполага, че мозъкът има оптимален ритъм или честота, която влияе върху начина, по който помним нещата.

Мозъкът се учи чрез промени в силата на своите синапси - връзките между невроните - в отговор на стимули. Сега, в откритие, което оспорва конвенционалната мъдрост относно мозъчните механизми на обучение, неврофизиците от UCLA са открили, че има оптимален мозъчен „ритъм“ или честота за промяна на синаптичната сила.

И подобно на станциите на радио набиране, всеки синапс е настроен на различна оптимална честота за учене.

Изследователите вярват, че откритията могат да доведат до единна теория за механизмите, които са в основата на обучението в мозъка - откритие, което може да доведе до нови терапии за лечение на обучителни увреждания.

Изследването се появява в настоящия брой на списанието Граници в изчислителната неврология.

„Много хора имат нарушения на ученето и паметта и извън тази група повечето от нас не са Айнщайн или Моцарт“, каза д-р Маянк Р. Мехта, старши автор на вестника. „Нашата работа предполага, че някои проблеми с ученето и паметта са причинени от синапсите, които не са настроени на правилната честота.“

Промяната в силата на синапса в отговор на дразнители - известна като синаптична пластичност - се предизвиква чрез така наречените „влакове с шипове“, поредица от невронни сигнали, които се появяват с различна честота и време.

Предишни експерименти използват стотици последователни пикове в много високочестотния диапазон, за да предизвикат пластичност. Това обаче не е така, когато мозъкът се активира по време на поведенчески задачи в реалния живот, тъй като невроните изстрелват само около 10 последователни пика, а не няколкостотин. И те го правят с много по-ниска честота - обикновено в диапазона от 50 пика в секунда.

Досега изследователите не бяха в състояние да провеждат експерименти, които симулират по-естествени нива.

В новото проучване Mehta и съавторът доктор Arvind Kumar успяха да получат тези измервания за първи път, използвайки сложен математически модел, който те разработиха и потвърдиха с експериментални данни.

Противно на това, което се предполагаше по-рано, Мехта и Кумар установиха, че когато става въпрос за стимулиране на синапси с естествено срещащи се модели на скокове, стимулирането на невроните с най-високи честоти не е най-добрият начин за увеличаване на синаптичната сила.

„За наша изненада установихме, че отвъд оптималната честота синаптичното укрепване всъщност намалява, тъй като честотите стават по-високи.“

Знанието, че синапсът има предпочитана честота за максимално обучение, накара изследователите да сравняват оптималните честоти въз основа на местоположението на синапса върху неврон.

Невроните са оформени като дървета, като ядрото е основата на дървото, дендритите наподобяват обширните клони, а синапсите наподобяват листата на тези клони.

Когато Mehta и Kumar сравняват синаптичното обучение въз основа на това къде са разположени синапсите на дендритните клонове, това, което откриват, е значително: Оптималната честота за предизвикване на синаптично обучение се променя в зависимост от това къде се намира синапсът. Колкото по-далеч е бил синапсът от клетъчното тяло на неврона, толкова по-висока е неговата оптимална честота.

„Невероятно, когато става въпрос за учене, невронът се държи като гигантска антена, с различни клонове на дендритите, настроени на различни честоти за максимално обучение“, каза Мехта.

Изследователите установиха, че не само всеки синапс има предпочитана честота за постигане на оптимално обучение, но за най-добър ефект честотата трябва да бъде перфектно ритмична - точно на интервали от време. Дори при оптималната честота, ако ритъмът беше отхвърлен, синаптичното обучение беше значително намалено.

Изследванията им също така показват, че след като синапсът се научи, неговата оптимална честота се променя. С други думи, ако оптималната честота за наивен синапс - този, който все още не е научил нищо - е, да речем, 30 пика в секунда, след обучението, същият този синапс ще се научи оптимално при по-ниска честота, да речем 24 пика в секунда . По този начин самото обучение променя оптималната честота за синапс.

Този процес на „детонизиране“, предизвикан от ученето, има важни последици за лечение на разстройства, свързани със забравянето, като посттравматично стресово разстройство, казват изследователите.

Въпреки че са необходими много повече изследвания, констатациите повдигат възможността лекарствата да бъдат разработени, за да „пренастроят“ мозъчните ритми на хора с нарушения на ученето или паметта или че много повече от нас биха могли да станат Айнщайн или Моцарт, ако беше доставен оптималният мозъчен ритъм към всеки синапс.

„Вече знаем, че има лекарства и електрически стимули, които могат да променят мозъчните ритми“, каза Мехта. „Нашите открития показват, че можем да използваме тези инструменти, за да доставим оптималния мозъчен ритъм на целевите връзки, за да подобрим обучението.“

Източник: UCLA