Moždani sklop prati što se upravo dogodilo

Mozak se mora stalno nositi s vrlo promjenjivom i brzom prirodom svijeta kada pokušava procijeniti što se događa oko njega. S jedne strane, mora biti otvoren za sve nove senzorne informacije koje mu se mogu pojaviti, ali s druge strane, samo da bi održao korak, mora pokušati iskoristiti prethodno iskustvo kako bi predvidio što se čini da se događa.

U novoj studiji objavljenoj u časopisu Science, neuroznanstvenici s Picower instituta za učenje i memoriju i MIT-a identificirali su sklop koji povezuje regiju senzornog donošenja odluka s onom koja je obavještava o tome koliko se senzornih informacija upravo promijenilo.

„Ovaj sklop organizira usporedbu između onoga što se upravo dogodilo i onoga što se sada događa u senzornom svijetu na način koji se može koristiti za djelovanje“, kaže viša autorica studije Mriganka Sur, profesorica u Picower institutu za učenje i pamćenje i MIT-ovom Odjelu za mozak i kognitivne znanosti.

Voditelj studije, Ning Leow, doktor znanosti, kaže da studija na miševima baca svjetlo na vrlo analogne sklopove kod ljudi, u kojima područje prefrontalnog korteksa (anteriorni cingularni korteks ili ACC) donosi senzorne odluke. Nova studija pokazuje da te odluke temelji na savjetima o neposrednoj prošlosti iz područja talamusa zvanog pulvinar, koji se kod miševa naziva lateralni posteriorni talamus ili LP.

„Mozak ne procjenjuje svaki novi događaj ispočetka“, kaže Leow. „Pulvinar se tradicionalno proučavao zbog svoje uloge u pažnji i filtriranju vizualnih informacija, ali otkrili smo da je važan i za usporedbu sadašnjih informacija s neposrednom prošlošću i isticanje značajnih promjena koje utječu na to hoćemo li zadržati ili ažurirati odluku.“

Kako bi proveli studiju, istraživači su dresirali laboratorijske miševe da igraju videoigru u kojoj bi se točkice na ekranu pomicale, ali barem bi se neke kretale zajedno u istom smjeru (lijevo ili desno). U svakom pokušaju, miševi su morali uočiti taj trend. Od jednog pokušaja do drugog, dakle, senzorni znak mogao bi varirati ne samo prema smjeru kretanja, već i prema tome koji je udio točkica sudjelovao. Na primjer, u jednom pokušaju možda bi se 64 posto točkica pomaknulo lijevo, a u sljedećem pokušaju možda bi se 16 posto točkica pomaknulo desno. Na taj su način istraživači mogli izmjeriti cijeli kontinuum razlika od jednog pokušaja do drugog.

U međuvremenu, dok su miševi igrali igru, znanstvenici su koristili dvofotonski mikroskop za snimanje aktivnosti LP-ACC kruga i odgovor neurona u ACC-u. U nekim eksperimentima koristili su tehniku ​​​​zvanu optogenetika za umjetno aktiviranje kruga.

Praćenjem kako su miševi izvršavali zadatak iz pokušaja u pokušaj, istraživači su mogli vidjeti da su miševi doista uzeli u obzir ne samo ono što su vidjeli u tom trenutku, već i ono što su upravo vidjeli prethodno. Na primjer, kada su miševi pogodili, vrlo je vjerojatno da će ponoviti svoju pretpostavku ako je novi znak bio vrlo sličan prethodnom, a vrlo malo vjerojatno ako je znak bio vrlo drugačiji. Ali ako su pogriješili, onda je vrijedilo suprotno: Ne bi ponovili tu odluku ako je znak bio sličan prethodnom, ali bi ako je izgledao vrlo drugačije.

Opažanja ponašanja samo su pokazala da su miševi doista uspoređivali nove znakove s prethodnima. Utvrđivanje je li to doista bilo zbog LP-ACC kruga zahtijevalo je od istraživača da koriste optogenetiku kako bi ga poremetili (stimuliranjem dodatne aktivnosti u LP-ACC ulazima). Na primjer, optogenetska perturbacija kruga u lijevoj moždanoj hemisferi učinila je miševe manje sklonima pogađanju da se točke kreću udesno, a perturbacija u desnoj hemisferi učinila je miševe sklonijima pogađanju da se točke kreću udesno.

Ali u oba slučaja, opseg tih odstupanja od normalnog ponašanja bio je izravno proporcionalan razlici između trenutnog znaka i prethodnog. Drugim riječima, perturbacija kruga poremetila je način na koji su miševi koristili nedavnu senzornu povijest pri procjeni novih dokaza, kaže Leow.

„To je pokazalo da je put uzročno povezan s procesom usporedbe koji utječe na to kako se interpretiraju trenutni dokazi, a ne samo da prenosi informacije“, kaže Leow.

Štoviše, koristeći mikroskopsko snimanje (koje vizualizira razinu kalcija u neuronima, blisku zamjenu električne aktivnosti), istraživači su opsežno analizirali obrasce aktivnosti LP ulaza u ACC i kako su ACC neuroni reagirali na taj ulaz.

U osnovi, pulvinar savjetuje ACC o stupnju promjene kako bi frontalni korteks mogao razmotriti je li vrijeme za promjenu pretpostavke. Uostalom, ako miš pogađa ispravno, a malo se toga mijenja, zašto ne nastaviti dalje? Ali ako dođe do velike promjene, onda bi možda imalo smisla da miš ponovno procijeni što misli. Ispada da mozak ima ovaj namjenski sklop za to.

Znanstveni rad možete pronaći na ovoj poveznici.