Памћење утицаја неуронских ритмова
Мозак учи кроз промене снаге својих синапси - веза између неурона - као одговор на стимулусе. Сада, у открићу које доводи у питање уобичајену мудрост о можданим механизмима учења, неурофизичари УЦЛА открили су да постоји оптималан мождани „ритам“ или фреквенција за промену синаптичке снаге.
И, попут станица на радио бројчанику, свака синапса је подешена на различиту оптималну фреквенцију за учење.
Истраживачи верују да налази могу довести до обједињене теорије механизама који леже у основи учења у мозгу - откриће које би могло довести до нових терапија за лечење сметњи у учењу.
Студија се појављује у актуелном издању часописа Границе у рачунарској неурознаности.
„Многи људи имају поремећаје учења и памћења, а изван те групе већина нас није Ајнштајн или Моцарт“, рекао је др Маианк Р. Мехта, виши аутор овог листа. „Наш рад сугерише да неке проблеме са учењем и памћењем узрокују синапсе које нису подешене на праву фреквенцију.“
Промена јачине синапсе као одговор на стимулусе - позната као синаптичка пластичност - индукује се кроз такозване „шиљасте возове“, серију неуронских сигнала који се јављају са различитим фреквенцијама и временом.
Претходни експерименти су користили стотине узастопних скокова у врло високофреквентном опсегу да би се индуковала пластичност. Међутим, ово није случај када се мозак активира током стварних задатака у понашању, јер неурони испаљују само око 10 узастопних скокова, а не неколико стотина. И то чине на много нижој фреквенцији - обично у опсегу од 50 скокова у секунди.
До сада истраживачи нису могли да спроведу експерименте који су симулирали природније нивое.
У новој студији, Мехта и коаутор др Арвинд Кумар су први пут успели да добију ова мерења користећи софистицирани математички модел који су развили и потврдили експерименталним подацима.
Супротно ономе што се претходно претпостављало, Мехта и Кумар открили су да када је реч о стимулисању синапси природним класовима, стимулација неурона на највишим фреквенцијама није најбољи начин за повећање синаптичке снаге.
„На наше изненађење, открили смо да је преко оптималне фреквенције синаптичко јачање заправо опадало како су фреквенције постајале све веће.“
Сазнање да синапса преферира фреквенцију за максимално учење навело је истраживаче да упореде оптималне фреквенције на основу локације синапсе на неурону.
Неурони су обликовани попут дрвећа, при чему је језгро основа дрвета, дендрити налик опсежним гранама, а синапсе налик листовима на тим гранама.
Када су Мехта и Кумар упоредили синаптичко учење на основу тога где су се синапсе налазиле на дендритичким гранама, оно што су установили било је значајно: Оптимална учесталост изазивања синаптичког учења мењала се у зависности од тога где се синапса налазила. Што је синапса била даље од тела ћелије неурона, већа је била њена оптимална фреквенција.
„Невероватно, што се тиче учења, неурон се понаша попут џиновске антене, са различитим гранама дендрита подешеним на различите фреквенције за максимално учење“, рекао је Мехта.
Истраживачи су открили да не само да свака синапса има жељену фреквенцију за постизање оптималног учења, већ и за најбољи ефекат, фреквенција мора бити савршено ритмична - темпирана у тачним интервалима. Чак и на оптималној фреквенцији, ако је ритам избачен, синаптичко учење је знатно умањено.
Њихово истраживање је такође показало да када се синапса научи, њена оптимална фреквенција се мења. Другим речима, ако би оптимална фреквенција за наивну синапсу - ону која још увек није ништа научила - била, рецимо, 30 скокова у секунди, након учења та иста синапса би оптимално научила на нижој фреквенцији, рецимо 24 скока у секунди . Дакле, само учење мења оптималну фреквенцију за синапсу.
Овај процес „детунинга“ изазван учењем има важне импликације на лечење поремећаја повезаних са заборавом, попут посттрауматског стресног поремећаја, рекли су истраживачи.
Иако је потребно много више истраживања, налази отварају могућност да се лекови могу развити како би се „пренамирили“ мождани ритмови људи с поремећајима учења или памћења, или да би много више од нас могло постати Еинстеин или Мозарт ако би се постигао оптималан мождани ритам свакој синапси.
„Већ знамо да постоје лекови и електрични стимулуси који могу изменити мождани ритам“, рекао је Мехта. „Наши налази сугеришу да ове алате можемо користити за постизање оптималног ритма мозга циљаним везама како бисмо побољшали учење.“
Извор: УЦЛА
