Farelerde mekansal öğrenme üzerine yapılan bir çalışma, yeni deneyimlere maruz kalmanın beynin hipokampusundaki ve prefrontal korteksindeki yerleşik temsilleri azalttığını ve farelerin yeni navigasyon stratejileri öğrenmesine izin verdiğini gösteriyor. Nature’da yayınlanan çalışma, Ulusal Sağlık Enstitüleri tarafından desteklendi.
Çalışmanın kıdemli bir yazarı ve Ulusal Ruh Sağlığı Enstitüsü’nün yöneticisi olan Joshua A. Gordon, “Yeni durumlarda esnek bir şekilde öğrenme yeteneği, sürekli değişen bir dünyaya uyum sağlamayı mümkün kılıyor” dedi. , NIH’nin bir parçası. “Hayvanlarda bu esnek öğrenmenin sinirsel temelini anlamak, bu tür öğrenmenin insanlarda nasıl bozulabileceği konusunda bize fikir veriyor.”
Gordon, araştırma projesini her ikisi de Columbia Üniversitesi, New York City’den Joseph A. Gogos, MD, Ph.D. ve Alexander Z. Harris, MD, Ph.D. ile birlikte denetledi.
Yeni bir bilgiyle karşılaştığımızda, bu bilginin daha sonra hatırlayabilmemiz için istikrarlı ve kalıcı bir bellekte konsolide edilmesi gerekir. Bu bellek konsolidasyon sürecindeki anahtar mekanizmalardan biri, son aktivite modellerine dayalı olarak sinir bağlantılarının kalıcı olarak güçlendirilmesi olan uzun vadeli kuvvetlendirmedir. Sinir bağlantılarının bu şekilde güçlendirilmesi kalıcı olsa da, kalıcı olamaz veya yeni bilgileri barındırmak için bellek temsillerini güncelleyemeyiz. Başka bir deyişle, yeni deneyimleri hatırlama ve onlardan öğrenme yeteneğimiz , hem kalıcı hem de esnek olan bilgi kodlamasına bağlıdır.
Bu esnekliği mümkün kılan spesifik sinir mekanizmalarını anlamak için, Columbia’dan Alan J. Park, Ph.D. liderliğindeki araştırma ekibi, farelerde uzamsal öğrenmeyi inceledi .
Mekansal öğrenme, ventral hipokampus (beynin ortasında bulunan bir yapı) ile medial prefrontal korteks (alnın hemen arkasında bulunur ) arasındaki anahtar devreye bağlıdır . Bu beyin yapıları arasındaki bağlantı, uzamsal öğrenme süreci boyunca güçlenir. Bununla birlikte, bağlantı maksimum güçte kalırsa, daha sonra yeni görevlere ve kurallara adaptasyonu bozar. Araştırmacılar, yeni bir deneyime maruz kalmanın, yerleşik hipokampal-prefrontal bağlantıyı azaltan ve esnek mekansal öğrenmeyi sağlayan çevresel bir tetikleyici işlevi görebileceğini varsaydılar.
İlk görevde, araştırmacılar, ödül almak için fareleri labirentte belirli bir şekilde gezinmeleri için eğitti. Daha sonra farelerden bazılarının daha önce görmedikleri bir alanı keşfetmelerine izin verilirken, diğerleri tanıdık bir alanı araştırdı. Fareler daha sonra, bir ödül almak için yeni bir navigasyon stratejisine geçmelerini gerektiren ikinci bir uzaysal görevle meşgul oldu.
Beklendiği gibi, tüm fareler ilk başta orijinal navigasyon stratejilerini tercih ettiler. Ancak yeni bir alanı keşfeden fareler, bu önyargıyı yavaş yavaş aştı ve 40 deneme eğitiminin yarısına doğru yeni navigasyon stratejisini başarıyla öğrendi. Araştırmacılar, ilk görevde farelerin bir alt kümesini tekrar test ettiklerinde, yeniliğe maruz kalan farelerin, görev taleplerine göre stratejilerini güncellediklerini ve seçtiklerini göstererek orijinal stratejiye geri dönebildiklerini buldular.
Ek bulgular, yeniliğin etkilerinin yeni alanların ötesine geçtiğini gösterdi: İkinci görevden önce yeni farelerle karşılaşmak, yeni ödül stratejisinin öğrenilmesini de geliştirdi.
Eğitim boyunca beyin aktivitesindeki değişiklikler, bu yenilikle geliştirilmiş öğrenmeyi yönlendiren nöronal mekanizmaları ortaya çıkardı. Kemirgenlerde, hipokampusta öğrenme ve hafızada merkezi bir rol oynadığı düşünülen ve teta dalgası olarak bilinen iyi tanımlanmış bir ateşleme modeli vardır. Park ve yardımcı yazarlar ventral hipokampustan kayıtları incelediklerinde, teta dalgasının yeni arenanın keşfi sırasında ve onu izleyen saatte güçlendiğini buldular; fareler sonraki iki gün içinde arenaya alıştıkça teta dalgası azaldı. Araştırmacılar, yeniliğe maruz kalmanın aynı zamanda orijinal navigasyon stratejisinin kodlanmasını bozduğunu ve ventral hipokampustaki tek tek nöronların ateşleme modelini teta dalgasıyla senkronize hale getirmek için yeniden düzenlediğini buldular.
Aynı zamanda, medial prefrontal korteksteki nöronlar azalmış teta dalgası senkronizasyonu gösterdi ve hipokampal aktivite ile prefrontal aktivite arasındaki korelasyon zayıfladı. Bu ve diğer bulgular, yeniliğe maruz kalmanın, ventral hipokampus ve medial prefrontal korteks arasındaki sinaptik bağlantıları azalttığını ve öğrenme ile ilişkili bağlantının daha sonra güçlendirilmesine izin vermek için devreyi sıfırladığını göstermektedir.
Bu sıfırlamayı tetikleyerek, yenilik, görevin özel ödül yapısına yanıt olarak strateji güncellemesini kolaylaştırıyor gibi görünüyor. Makine öğrenimi analizleri, yeniliğe maruz kalmanın ardından, ventral hipokampal nöronların kodlamayı, birinci görevdeki ödülü öngören bir stratejiden ikinci görevdeki ödülü öngören bir stratejiye dönüştürdüğünü gösterdi. Göreve özgü bilgiler daha sonra kodlamayı buna göre güncelleyen medial prefrontal nöronlara iletildi.
Kimyasal düzeyde, nörotransmiter dopamin bu plastisitenin anahtar aracısı olarak hareket eder. Birkaç deney, ventral hipokampusta dopamin D1-reseptörlerini aktive etmenin, hipokampal-prefrontal bağlantı ve gelişmiş öğrenme gibi yenilik benzeri etkilere yol açtığını gösterdi. D1 reseptörlerinin bloke edilmesi, bu yenilik kaynaklı etkileri önledi.
Bu bulgular birlikte, esnek bilgi kodlamada rol oynayan bazı beyin mekanizmalarına ışık tutuyor.
Park, “Çalışmamız, farelerde uzamsal öğrenmeyi kolaylaştıran devre sıfırlamasını tetiklemenin bir yolu olarak yeniliğe işaret ediyor” dedi. “Bir sonraki adım, bu bulgular üzerine inşa etmek ve yeniliğin insan hafızasında ve öğrenmede benzer bir rol oynayıp oynamadığını araştırmaktır.”
Alıntıdır bknz: Medicalxpress