Дослідження розкриває адаптивний нейронний механізм, який підтримує надійне та гнучке навчання

Десятиліттями нейробіологи намагалися краще зрозуміти, як люди навчаються поведінці та гнучко адаптуються до нових ситуацій або викликів реального світу. У той час як люди та інші ссавці набувають нових моделей поведінки, відомо, що нейронні ланцюги в їхньому мозку реорганізуються разом із зв’язками між ними.

Дослідження виявили, що певні підгрупи гальмівних інтернейронів можуть по-різному сприяти навчанню. Однак унікальний внесок цих генетично визначених класів інтернейронів ще недостатньо вивчений.

Дослідники з Медичної школи Університету Джона Хопкінса та Інституту неврології Макса Планка у Флориді провели дослідження, у якому досліджували роль підгрупи інтернейронів, відомих як люстрові клітини (ЛК), у підтримці надійного та гнучкого набуття нової поведінки.

Їхня стаття, опублікована в Nature Neuroscience, розкрила адаптивний гальмівний патерн взаємозв’язків у мозку, який сприяє реорганізації коркових кіл під час навчання.

Добре відомо, що гальмування відіграє вирішальну роль у формуванні змін, залежних від навчання,

— сказав Хюнгбе Квон, один із дослідників, який проводив дослідження, Medical Xpress.

«Загальновідомо, що основна функція інтернейронів забезпечує гальмівні тони в мережі. Наприклад, коли інтернейрони спрацьовують, загальна збудливість мережі знижується, і індукція синаптичної пластичності в збуджуючих синапсах стає важкою. Однак просто визначення функцій інтернейронів як рівномірного гальмування є занадто спрощено, і передбачається, що їхні ролі набагато більш спеціалізовані, якщо врахувати велике розмаїття підтипів», – додав Квон.

У своєму недавньому дослідженні Квон і його колеги націлилися на ЛК, також відомі як аксо-аксонічні клітини, тип генетично спеціалізованих ГАМК-ергічних інтернейронів, які знаходяться у зовнішньому шарі мозку (тобто в корі). Їхня мета полягала в тому, щоб розкрити конкретну роль цих інтернейронів у виконанні коркових обчислень, виконавши серію експериментів на живих мишах, які вчилися орієнтуватися в лабіринті, використовуючи трансгенні методи.

«Наші аналізи використовували візуалізацію кальцію in vivo під час завдання просторової навігації», — сказав Квон. «Ми проаналізували популяційний векторний код із розрідженого ансамблю премоторних нейронів, налаштованих на напрямок. Функції ЛК під час навігації визначалися шляхом вибіркового маніпулювання активністю ЛК. Систематичний аналіз аксональних бутонів ЛК на початковому сегменті аксона проводився за допомогою фарбування антитіл».

Експерименти та аналізи, проведені дослідниками, дали дуже цікаві результати. Команда виявила, що ЛК підтримують уточнення та реорганізацію ланцюгів кори, вибірково пригнічуючи контроль над окремими пірамідальними нейронами, а не пригнічуючи колективну активність цих нейронів.

«Наші результати демонструють адаптивну логіку мотиву гальмівного кола, відповідального за організацію розподілених коркових обчислень», — сказав Квон. «Таким чином, ЛК дозволяють ефективні кортикальні обчислення специфічним для цільової клітини способом, що підкреслює важливість різноманітності інтернейронів».

Недавня робота Квона та його колег зібрала нове цінне уявлення про унікальний внесок генетично визначених ЛК в адаптивне навчання нової поведінки. У майбутньому це може прокласти шлях для подальших досліджень, зосереджених на ЛК чи інших підгрупах інтернейронів, що потенційно призведе до нових захоплюючих відкриттів.

ДЖЕРЕЛО: https://www.medicalxpress.com