Zhrnutie: Pri odhaľovaní neurologického tajomstva tvorby traumatickej pamäte výskumníci použili nové metódy optického a strojového učenia na dekódovanie neurónových sietí mozgu zapojených počas vytvárania traumatickej pamäte.
Tím identifikoval nervovú populáciu kódujúcu pamäť strachu, odhaľujúcu synchrónnu aktiváciu a kritickú úlohu dorzolaterálnej časti mediálneho prefrontálneho kortexu (dmPFC) pri asociatívnom získavaní pamäte strachu u potkanov.
Bezprecedentné analytické prístupy, vrátane „elastickej siete“ algoritmov strojového učenia, určujú špecifické neuróny a ich funkčnú konektivitu v rámci priestorových a funkčných neurónových sietí s pamäťou strachu.
Táto dôležitá štúdia nielenže potvrdzuje teóriu, že spomienky sa posilňujú prostredníctvom zvýšených neurónových spojení, ale tiež rozvíja spojenie optiky a strojového učenia s cieľom objasniť komplexnú dynamiku neurónových sietí.
Dôležité fakty:
- Inovácia v metodológii: Výskum použil novú metódu kombinujúcu optické a strojové učenie založené prístupy na identifikáciu špecifických neurónov, ktoré kódujú pamäť strachu.
- Neurónová sieť pre strach: Štúdia odhalila neurónovú populáciu, ktorá kóduje pamäť strachu, čím sa vytvorila neurónová sieť s pamäťou strachu s „hubovými“ neurónmi, ktoré funkčne spájajú pamäťové neuróny.
- Tvorba asociatívnej pamäte: Bolo objavené vytvorenie nového asociatívneho vzťahu medzi odlišnými sieťami (podmienenými a nepodmienenými stimulačnými sieťami), čo ponúka nové chápanie spracovania informácií, ktoré spúšťa reakciu strachu.
Zdroj: NINS
Vedci už dlho špekulujú o fyzických zmenách, ktoré sa vyskytujú v mozgu, keď sa vytvára nová pamäť. Teraz výskum z Národného inštitútu pre fyziologické vedy (NIPS) objasnil túto zaujímavú neurologickú záhadu.
V nedávno zverejnenej štúdii komunikácia v prírode, Výskumnému tímu sa podarilo odhaliť mozgové neurónové siete zapojené do traumatickej pamäte pomocou inovatívnej metódy, ktorá kombinuje optické prístupy a prístupy založené na strojovom učení, zachytáva komplexné zmeny, ku ktorým dochádza počas formovania pamäte, a tie odhaľuje mechanizmy, ktorými sa vytvárajú traumatické spomienky . ,
Aby prežili, zvieratá sa učia prispôsobiť sa meniacemu sa prostrediu. Asociatívne učenie, ktoré zahŕňa klasické podmieňovanie, je jedným z najjednoduchších typov učenia a bolo intenzívne študované v priebehu minulého storočia.
Počas posledných dvoch desaťročí umožnil technologický pokrok v molekulárnych, genetických a optogenetických metódach identifikovať špecifické populácie oblastí mozgu a neurónov, ktoré riadia tvorbu a získavanie nových asociatívnych spomienok. Napríklad dorzálna časť mediálneho prefrontálneho kortexu (dmPFC) je dôležitá pre získanie asociatívnej pamäte strachu u hlodavcov.
Spôsob, akým neuróny v tejto oblasti kódujú a získavajú asociatívnu pamäť, však nie je dobre pochopený, čo sa výskumný tím zameral na riešenie.
Vedúci autor Masakazu Agetsuma vysvetľuje: „DMPFC ukazuje špecifickú nervovú aktiváciu a synchronizáciu počas získavania pamäte strachu a vytvára reakcie na strach, ako je zmrazenie a spomalenie srdcovej frekvencie.“
„Umelé umlčanie dmPFC u myší potlačilo reakcie strachu, čo naznačuje, že táto oblasť je potrebná na vyvolanie asociatívnej pamäte strachu. Pretože je spojený s mozgovými systémami zapojenými do učenia a súvisiacich psychiatrických porúch, chceli sme preskúmať, ako zmeny v dmPFC špecificky regulujú nové informácie o asociatívnej pamäti.
Výskumný tím použil pozdĺžne dvojfotónové zobrazovanie a rôzne techniky výpočtovej neurovedy, aby určil, ako sa nervová aktivita v prefrontálnom kortexe myši mení po učení v paradigme podmieňovania strachu.
Prefrontálne neuróny sa správajú veľmi komplexným spôsobom a každý neurón reaguje na rôzne senzorické a motorické udalosti. Na vyriešenie tejto zložitosti výskumný tím vyvinul novú analytickú metódu založenú na „Elastic Net“, algoritme strojového učenia, na identifikáciu toho, ktoré špecifické neuróny kódujú pamäť strachu.
Pomocou grafického modelovania analyzovali priestorové usporiadanie a funkčnú konektivitu neurónov.
„Úspešne sme objavili nervovú populáciu, ktorá kóduje pamäť strachu,“ hovorí Agesuma. „Naše analýzy nám ukázali, že kondicionovanie strachu vyvolalo vytvorenie neurónovej siete strachu a pamäte s „hubovými“ neurónmi, ktoré funkčne spájajú pamäťové neuróny.“
Dôležité je, že výskumníci odhalili priamy dôkaz, že asociatívna pamäť je tvorená zásadne odlišnými sieťami, t. j. sieťou podmieneného stimulu (CS, napr. tón) a nepodmieneným stimulom (US, napr. siete.
„Navrhujeme, že toto novoobjavené spojenie môže uľahčiť spracovanie informácií spustením reakcie strachu (CR) na CS (t. j. neurónovú sieť pre transformáciu CS-na-CR).“
Dlho sa verilo, že spomienky vznikajú rastom nervových spojení, ktoré sa posilňujú opakovaným vystreľovaním skupín neurónov. Zistenia súčasnej štúdie, ktoré boli založené na pozorovaniach v reálnom živote a na modelovej analýze, to podporujú.
Štúdia ďalej ukazuje, ako možno použiť kombinované metódy (optika a strojové učenie) na detailnú vizualizáciu dynamiky neurónových sietí. Tieto techniky možno použiť na odkrytie ďalších informácií o neurologických zmenách spojených s učením a pamäťou.
O týchto novinkách z výskumu PTSD a neurovedy
autor: hayao kimura
Zdroj: NINS
kontakt: Hayao Kimura – NINS
obrázok: Obrázok priradený Neuroscience News
Pôvodný výskum: otvorený prístup.
,Organizácia prefrontálnych rozbočovačov pre asociatívne učenie a transformáciu signálov v závislosti od aktivity.od Masakazu Agetsuma a kol. komunikácia prírody
abstraktné
Organizácia prefrontálnych rozbočovačov pre asociatívne učenie a transformáciu signálov v závislosti od aktivity.
Kooperatívne učenie je dôležité pre prispôsobenie sa zmenám prostredia. Interakcie medzi neurónovými populáciami spojenými s dorzo-mediálnym prefrontálnym kortexom (dmPFC) sa navrhujú na reguláciu asociatívneho učenia, ale ako tieto neurónové populácie ukladajú a spracovávajú informácie o asociáciách, nie je jasné.
Tu sme vyvinuli potrubie na pozdĺžne dvojfotónové zobrazovanie a výpočtovú disekciu aktivít neurálnej populácie v dmPFC samca myši počas procedúr kondicionovania strachu, čo nám umožňuje detegovať zmeny v topológii siete dmPFC závislé od učenia.
Použitím regulovaných regresných metód a grafického modelovania sme zistili, že podmieňovaním strachu indukovaná reorganizácia dmPFC na vygenerovanie neurónového súboru kódujúceho podmienenú odpoveď (CR), ktorá vykazovala zvýšenú vnútornú koaktiváciu, funkčnú konektivitu a reakciu na podmienené stimuly (CS). spojením s.
Dôležité je, že neuróny, ktoré silne reagovali na nepodmienené stimuly počas kondicionovania, sa následne stali centrami tejto novej asociatívnej siete pre prechod CS-to-CR.
Celkovo demonštrujeme dynamickú moduláciu kódovania štruktúrovanej populácie závislú od učenia pri vytváraní sietí uzlov v rámci dmPFC závislej od aktivity.
