Neurovedci odhaľujú nové poznatky o úlohe mozočka pri učení

Nedávny výskum odhalil novú funkciu cerebellum, čo spochybňuje zaužívané presvedčenia o jeho úlohe v mozgu. Cerebellum, ktorý je tradične uznávaný pre svoj význam v pohybe a koordinácii, teraz hrá dôležitú úlohu aj v procesoch učenia sa založených na odmene. Zistenia boli zverejnené komunikácia prírody,

Mozoček sa nachádza v spodnej časti lebky, tesne nad miestom, kde sa miecha stretáva s mozgom. Napriek tomu, že tvorí len asi 10 percent celkovej hmoty mozgu, mozoček je husto preplnený neurónmi – nachádza sa tu asi 80 percent celkových neurónov mozgu.

Mozoček je známy predovšetkým svojou dôležitou úlohou pri koordinácii dobrovoľných pohybov, udržiavaní rovnováhy a zabezpečovaní správnej kontroly svalov. Jeho funkcia je už dlho spojená s fyzickým vykonávaním pohybu, pomáha vyladiť motorickú aktivitu a zabezpečuje, aby pohyby boli plynulé a koordinované.

Nedávne pokroky v neurovede však naznačujú, že úloha mozočka môže presahovať obyčajnú motorickú kontrolu, aby zahŕňala komplexnejšie kognitívne funkcie. Táto širšia potenciálna úloha zahŕňa aspekty myslenia, učenia a pamäte – funkcie historicky pripisované iným častiam mozgu, ako je napríklad mozgová kôra.

Inšpirovaní týmito novými poznatkami neurovedci z University of Pittsburgh School of Medicine a Columbia University vykonali štúdiu s cieľom preskúmať, ako mozoček prispieva k učeniu sa nových úloh na základe odmien. Ich vyšetrovanie bolo motivované hypotézou, že cerebellum by sa mohol podieľať na vytváraní nových vizuomotorických asociácií – spojení medzi videním niečoho a reakciou na konkrétny pohyb – ktoré sú posilnené odmenami.

„Dlhodobá viera o cerebelárnej funkcii bola taká, že jednoducho kontroluje, ako sa pohybujeme. Teraz však vieme, že časti mozočka sú prepojené a zdá sa, že sa vyvinuli spolu s oblasťami veľkého mozgu, ktoré ovládajú spôsob, akým myslíme,“ povedal spoluvedúci Pittovej neurobiológie, výskumný asistent na Pittovom oddelení neurobiológie. povedala vyšetrovateľka Andrea Bostonová. , „Keďže cerebellum využíva informácie o chybách na postupné spresňovanie pohybov, ďalšia hypotéza je, že pravdepodobne prispieva ku kognitívnym funkciám podobným spôsobom.“

V štúdii boli opice vycvičené, aby spájali špecifické vizuálne podnety so špecifickými pohybmi rúk, aby dostali odmenu – dúšok šťavy. Toto nastavenie testovalo ich schopnosť vytvárať nové vizuomotorické asociácie alebo spojenia medzi tým, čo vidia, a tým, ako by sa mali pohybovať. Výskumníci sa zamerali na špecifickú oblasť mozočka známu ako zadný laterálny cerebellum, o ktorej sa predpokladá, že je dôležitá pre tento typ učenia.

Kľúčový experiment zahŕňal dočasné vypnutie tejto oblasti mozočka pomocou lieku, ktorý blokuje normálnu nervovú aktivitu. Keď bola táto časť cerebellum aktívna, opice sa mohli pomerne rýchlo naučiť nové asociácie medzi symbolmi a pohybmi, zvyčajne v priebehu 50 až 70 pokusov. Avšak s deaktiváciou cerebelárnej oblasti bolo učenie výrazne narušené; Trvalo to dlhšie a bolo to menej efektívne, čo naznačuje, že táto oblasť mozgu je nevyhnutná na spracovanie odmien, ktoré motivujú k učeniu.

Je zaujímavé, že toto oslabenie bolo špecifické pre učenie sa nových úloh. Opice si stále dobre viedli v predtým naučených úlohách, čo naznačuje, že úloha malého mozgu pri učení je špecifická skôr pre získavanie nových informácií a zručností ako pre vykonávanie zavedených informácií a zručností.

Štúdia navyše zistila, že deaktivácia iných oblastí cerebellum nemala žiadny vplyv na učenie, čo naznačuje, že nie všetky časti cerebellum sú zapojené do procesu. Táto špecifickosť naznačuje, že rôzne oblasti cerebellum majú rôzne funkcie a nie sú univerzálne zapojené do všetkých typov učenia a pohybu.

Takže „keď deaktivujete túto cerebelárnu oblasť, brzdíte nové učenie,“ povedal Boston. „Je to veľmi pomalé, vyžaduje veľa testov a výkon nedosahuje rovnakú úroveň. Toto je konkrétny príklad cerebellum, ktorý využíva informácie o odmene na formovanie kognitívnych funkcií u primátov.

Tieto zistenia sú bezprecedentné, pretože nanovo definujú naše chápanie cerebellum a ukazujú jeho úlohu v kognitívnych funkciách, ako je učenie a pamäť, nad rámec jeho tradičného spojenia s fyzickým pohybom. To môže mať dôležité dôsledky pre vzdelávacie stratégie a rehabilitačné prístupy pri cerebelárnej dysfunkcii.

U jedincov s cerebelárnymi poruchami tento výskum naznačuje, že niektoré z ich problémov pri učení sa nových úloh môžu súvisieť nielen s ťažkosťami s fyzickou koordináciou, ale aj so zhoršeným spracovaním odmien v mozočku. Pochopenie týchto mechanizmov otvára nové cesty pre cielenú liečbu, ktorá môže zlepšiť učenie a adaptáciu u postihnutých jedincov.

Boston povedal: „Náš výskum poskytuje jasný dôkaz, že mozoček je dôležitý nielen pre učenie sa vykonávať kvalifikované úlohy, ale aj pre učenie sa, ktoré úlohy sú v určitých situáciách najcennejšie.“ „To pomáha vysvetliť niektoré nemotorické ťažkosti u ľudí s cerebelárnymi poruchami.“

štúdium, „Cerebro-cerebelárna sieť na učenie sa vizuomotorických asociácií.,'' Naveen Sendilnathan, Andrea C. Boston, Peter L. Strick a Michael E. Goldberg.