Cvičení dělá mistra: Zkoumání tvorby krystalické paměti

souhrn: Nová studie potvrzuje staré přísloví „cvičení dělá mistra“. Výzkumníci použili špičkovou technologii k monitorování 73 000 neuronů u myší, když se učily úkol. Zjistili, že opakované cvičení posiluje nervové dráhy, transformuje nestabilní paměťové reprezentace na stabilní reprezentace, což vede ke zlepšení výkonu a mistrovství.

Klíčová fakta:

• Opakované cvičení posiluje a stabilizuje nervové dráhy v mozku.
• „Krystalizace“ těchto paměťových obvodů zlepšuje přesnost a spontánnost získaných dovedností.
• Studie využívala inovativní optickou mikroskopii k vizualizaci neuronální aktivity v reálném čase

zdroj: Rockefellerova univerzita

Podle nové studie provedené výzkumníky z Rockefellerovy univerzity a Kalifornské univerzity není „cvičení dělá mistra“ jen klišé. Místo toho je to recept na zvládnutí úkolu, protože opakování činnosti stále dokola posiluje nervové dráhy ve vašem mozku.

Jak popisují v PřírodaVědci použili sofistikovanou techniku, kterou vyvinul Rockefellerův Ali Pasha Waziri, ke sledování 73 000 kortikálních neuronů u myší současně, zatímco se zvířata učila a opakovala daný úkol po dobu dvou týdnů.

Studie odhalila, že paměťové reprezentace se v obvodech pracovní paměti posouvají od nestabilních k rigidním, což dává pohled na to, proč se výkon po opakovaném cvičení stává přesnějším a automatickým.

„V této práci ukazujeme, jak se pracovní paměť – schopnost mozku uchovávat a zpracovávat informace – zlepšuje praxí,“ říká Waziri, vedoucí Rockefeller Laboratory of Neuroscience and Biophysics.

„Předpokládáme, že tyto poznatky nejen posílí naše chápání učení a paměti, ale budou mít také důsledky pro léčbu poruch souvisejících s pamětí.“

Představte si výzvy

Pracovní paměť je nezbytná pro celou řadu kognitivních funkcí, ale mechanismy za tvorbou, uchováváním a získáváním paměti – které nám umožňují provádět úkol, který jsme dělali dříve, aniž bychom se ho museli znovu učit – zůstávají po dlouhou dobu nejasné.

Pro současnou studii chtěli vědci pozorovat stabilitu reprezentací pracovní paměti v průběhu času a jakou roli tyto reprezentace hrály ve schopnosti dovedně vykonávat úkol na povel.

Aby toho dosáhli, snažili se opakovaně zaznamenávat skupiny neuronů u myší po relativně dlouhou dobu, zatímco se zvířata učí a stávají se odborníky na konkrétní úkol.

Ale čelili hrozivé výzvě: technická omezení bránila schopnosti zobrazit aktivitu velkého počtu neuronů v mozku v reálném čase, po delší dobu a v jakékoli hloubce tkáně v kůře.

Vědci z Kalifornské univerzity se obrátili na Waziriho, který vyvinul techniky zobrazování mozku, které patří mezi jediné nástroje schopné zachytit většinu mozkové kůry myši v reálném čase s vysokou přesností a rychlostí.

Waziri navrhl, že používají mikroskopii světelných kuliček (LBM), vysokorychlostní volumetrickou zobrazovací techniku, kterou vyvinul a která umožňuje in vivo buněčnou analýzu zaznamenat aktivitu neuronových populací až milionu neuronů – což je 100násobný nárůst počtu. neuronů. Které lze nahrávat současně.

Nervové transformace

V současné studii vědci použili LBM k zobrazení buněčné aktivity 73 000 neuronů u myší současně v různých hloubkách kůry a sledovali aktivitu stejných neuronů v průběhu dvou týdnů, jak zvířata identifikovala, vybavila si a opakovala. série pachů. .

Zjistili, že obvody pracovní paměti se posunuly, když myši zvládly správnou sekvenci. Zpočátku byly obvody nestabilní, ale jak myši tento úkol opakovaně procvičovaly, obvody se začaly stabilizovat a tvrdnout.

„To je to, co nazýváme ‚krystalizace‘,“ říká Waziri. „Výsledky v podstatě ukazují, že opakovaný trénink nejen zlepšuje zvládnutí dovedností, ale vede také k hlubokým změnám v mozkových paměťových okruzích, díky čemuž je výkon přesnější a automatičtější.“

„Pokud si člověk představí, že každý neuron v mozku vydává jiný tón, pak se melodie, kterou mozek generuje při provádění úkolu, ze dne na den měnila, ale pak se stala přesnější a podobnější, jak zvířata pokračovala v procvičování úkolu. “ dodává odpovídající autor a neurolog z UCLA Peyman Golshani.

Důležité je, že některé aspekty těchto objevů jsou jedinečně umožněny schopnostmi LBM zobrazovat hluboké a široké tkáně. Zpočátku výzkumníci používali standardní dvoufotonové zobrazování menších populací neuronů ve vyšších kortikálních vrstvách, ale nepodařilo se jim najít důkazy o konsolidaci paměti.

Ale jakmile použili LBM k záznamu z více než 70 000 neuronů v hlubších kortikálních oblastech, byli schopni pozorovat krystalizaci reprezentací pracovní paměti, která doprovázela rostoucí zvládnutí tohoto úkolu myší.

„V budoucnu se můžeme zabývat úlohou různých typů neuronů zapojených do zprostředkování tohoto mechanismu, a zejména interakce různých typů interneuronů s excitačními buňkami,“ říká Waziri.

„Také nás zajímá, jak je učení implementováno a přenositelné do nového kontextu, tj. jak může mozek zobecnit z naučeného úkolu na nějaký nový, neznámý problém.“

O této zprávě z výzkumu paměti

autor: Catherine Vinesová
zdroj: Rockefellerova univerzita
sdělení: Catherine Vins – Rockefellerova univerzita
obrázek: Obrázek připsán Neuroscience News

Původní vyhledávání: Otevřený přístup.
„Nestálé reprezentace pracovní paměti krystalizují s praxí“Napsal Alibasha Vaziri a další. Příroda

shrnutí

Nestálé reprezentace pracovní paměti krystalizují s praxí

Pracovní paměť, proces, kterým jsou informace udržovány a zpracovávány přechodně během krátké doby, je nezbytná pro většinu kognitivních funkcí.

Mechanismy, které jsou základem generování a vývoje nervových reprezentací pracovní paměti na úrovni populace po dlouhá časová období, však zůstávají nejasné.

Zde, abychom určili tyto mechanismy, jsme trénovali krysy s fixovanou hlavou k provádění čichového zpožděného asociačního úkolu, ve kterém se krysy rozhodují na základě sekvenční identity dvou pachů oddělených 5-sekundovým zpožděním.

Vizuální inhibice sekundárních motorických neuronů během pozdních období zpoždění a vybraných epoch vážně zhoršila plnění úkolů potkanů.

Endoskopické zobrazování vápníku velkých populací neuronů v sekundární motorické kůře (M2), retrospleniálním kortexu (RSA) a primárním motorickém kortexu (M1) ukázalo, že v M2 se objevilo mnoho pozdních selektivních neuronů, když se krysy naučily úkol.

Přesnost dekódování opožděné pracovní paměti se výrazně zlepšila v M2, ale ne v M1 nebo RSA, kde se krysy staly odborníky.

Během rané expertní fáze se reprezentace pracovní paměti během pozdního období zpoždění pohybovaly napříč dny, zatímco reprezentace stimulů a výběru se stabilizovaly.

Na rozdíl od jednovrstvého 2/3 (L2/3) zobrazení simultánní volumetrické kalciové zobrazení až 73 307 M2 neuronů, které zahrnovalo povrchové L5 neurony, také odhalilo stabilizaci pozdních reprezentací pracovní paměti, jak praxe pokračovala.

Činnosti související se zpožděním a volbou, které jsou nezbytné pro výkon pracovní paměti, se tedy během učení odchylují a stabilizují se až několik dní po výkonu experta.