Övning ger färdighet
Övning ger färdighet: Kristalliserad minnesbildning utforskas
"Övning ger färdighet ör inte bara en klyscha, enligt en ny studie från forskare vid Rockerfeller University och UCLA. Istället är det receptet för att bemästra en uppgift, eftersom att upprepa en aktivitet om och om igen förstelnar nervbanorna i din hjärna.
Som de beskriver i Nature använde forskarna en banbrytande teknologi utvecklad av Rockerfellers Alipasha Vaziri för att samtidigt observera 73 000 kortikala neuroner i möss när djuren lärde sig och upprepade en given uppgift under två veckor.
Studien avslöjade att minnesrepresentationer förvandlas från instabila till solida i arbetsminneskretsar, vilket ger insikter om varför prestanda blir mer exakt och automatiskt efter upprepad träning.
"I det här arbetet visar vi hur arbetsminnet - hjärnans förmåga att hålla och bearbeta information - förbättras genom övning", säger Vaziri, chef för Rockefeller's Laboratory of Neurology and Biohysics.
"Vi förväntar oss att dessa insikter inte bara kommer att främja vår förståelse av inlärning och minne utan också har implikationer för att hantera minnesrelaterade störningar."
Arbetsminnet är väsentligt för en mängd olika kognitiva funktioner, och ändå förblir mekanismerna bakom minnesbildning, retention och återkallelse - som gör det möjligt för oss att utföra en uppgift vi gjort tidigare utan att behöva lära oss den på nytt - otydliga över långa tidsskalor.
För den aktuella studien ville forskarna observera stabiliteten hos arbetsminnesrepresentationer över tid, och vilken roll dessa representationer spelade för förmågan att skickligt utföra uppgiften på kö.
För att göra det försökte de registrera neuronala populationer upprepade gånger i möss under en relativt lång period medan djuren lärde sig och blev experter på en given uppgift.
Men de stod inför en skrämmande utmaning: tekniska begränsningar har hämmat förmågan att avbilda aktiviteten hos ne stor population av neuroner i hjärnan i realtid, över längre perioder och på vilket vävnadsdjup som helst i cortex.
UCLA-forskarna vände sig till Vaziri, som har utvecklat hjärnavbildningstekniker som är bland de enda verktyget som kan fånga majoriteten av musens cortex i realtid med hög upplösning och hastighet.
Vaziri föreslog att de skulle använda ljuspärlmikroskopi (LBM), en höghastighets-volymetrisk avbildningsteknik som han utvecklat, vilken möjliggör cellupplösning in vivo-registrering av aktivitet hos neuronala populationer upp till 1 miljon neuroner - en 100-faldig ökning av antalet neuroner som kan spelas in samtidigt.
"Det här är vad vi kallar "kristallisering", säger Vaziri. "Fynden illustrerar i huvudsak att repetitiv träning inte bara förbättrar färdigheterna utan också leder till djupgående förändringar i hjärnans minneskretsar, vilket gör prestandan mer exakt och automatisk."
"Om man föreställer sig att varje neuron i hjärnan lät som en annan ton, förändrades melodin som hjärnan genererar när den utför uppgiften från dag till dag, men blev sedan mer och mer förfinad och samspelt när djuren fortsatte öva på sin uppgift", tillägger UCLA Health neurologen Peyman Golshani.
I den aktuella studien använde forskarna LBM för att avbilda cellaktiviteten hos 73 000 neuroner i möss samtidigt genom olika djup av cortex och spårade aktiviteten hos samma neuroner under två veckor när djuren identifierade, återkallade och upprepade en sekvens av lukter.
De fann att arbetsminneskretsarna förvandlades när mössen bemästrade de rätta sekvenserna. Inledningsvis var kretsarna instabila, men när mössen övade på uppgiften upprepade gånger började kretsarna att stabiliseras och stelna.
Avgörande var att vissa aspekter av dessa upptäckter möjliggjordes unikt av LBMs storskaliga och djupa vävnadsavbildningsmöjligheter. Inledningsvis använde forskarna standard tvåfotonavbildningav mindre neuronala populationer i övre kortikala skikt, men de lyckades inte hitta bevis för minnesstabilisering.
Men när de väl använde LBM för att spela in från över 70 000 neuroner i djupare kortikala regioner kunde de observera kristalliseringen av arbetsminnesrepresentationer som åtföljde mössens ökade behärskning av uppgiften.
"I framtiden kan vi ta itu med rollen av olika neuronala celltyper som är involverade i att förmedla denna mekanism, och i synnerhet interaktion mellan olika typer av interneuroner med excitatoriska celler," säger Vaziri.
"Vi är också intresserade av att förstå hur lärande implementeras och kan överföras till nytt sammanhang - det vill säga hur hjärnan kan generalisera från en inlärd uppgift till några nya okända problem."
Kommentarer
Skicka en kommentar